思維模式：為什么抽象在計(jì)算機(jī)科學(xué)中如此重要
[導(dǎo)讀]計(jì)算科學(xué)中的所有問題都可以通過增加一層抽象來解決。Allproblemsincomputersciencecanbesolvedbyanotherlevelofindirection.沒有抽象的世界想象這樣一種場(chǎng)景，如果我們的語言中沒有代詞這種形式，那么我們想表達(dá)“張三是個(gè)好人“...
計(jì)算科學(xué)中的所有問題都可以通過增加一層抽象來解決。All problems in computer science can be solved by another level of indirection.
沒有抽象的世界想象這樣一種場(chǎng)景，如果我們的語言中沒有代詞這種形式，那么我們想表達(dá)“張三是個(gè)好人“該怎么說呢？可能是這樣的：
”你還記得我說過的人吧，穿著邋邋遢遢的，公司在中關(guān)村，整天背著個(gè)雙肩包，寫代碼的，天天996，這個(gè)人是個(gè)好人“，看到了吧，在沒有代詞的情況下我們想表達(dá)一件事是非常困難的，因?yàn)槲覀冃枰?strong>具體的描述清楚所有細(xì)節(jié)，但是有了”張三“這種抽象后，一切都簡(jiǎn)單了，我們只需要針對(duì)張三這種抽象進(jìn)行交流，再也不需要針對(duì)一堆細(xì)節(jié)進(jìn)行交流了，抽象大大增強(qiáng)了表現(xiàn)力，這就是抽象的力量。
接下來回到計(jì)算機(jī)世界。
計(jì)算機(jī)使用層面我們?cè)谑褂糜?jì)算機(jī)時(shí)其實(shí)抽象就在發(fā)揮作用，在Word中編輯文檔時(shí)我們不會(huì)去考慮CPU是如何處理這些字符的，這些字符是如何被保存到磁盤的。在瀏覽網(wǎng)頁時(shí)我們不需要關(guān)心網(wǎng)頁中的數(shù)據(jù)是如何在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)摹g覽器是怎樣把這些數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)匿秩境鰜淼?，我們需要做的僅僅就是在Word中簡(jiǎn)單的輸入字符，用鼠標(biāo)或者手指滑動(dòng)網(wǎng)頁。
因此只要在使用計(jì)算機(jī)，那么抽象就在發(fā)揮作用，只不過是我們沒有意識(shí)到而已，而之所以我們沒有意識(shí)到是因?yàn)槌橄蠊ぷ鞯奶昧恕?/p>
編程語言層面程序員也可以從抽象中獲得極大好處，因?yàn)檐浖菑?fù)雜的，但程序員可以通過抽象來控制復(fù)雜度，方法就是抽象。
比如一個(gè)好的設(shè)計(jì)就是對(duì)某項(xiàng)功能抽象出一組簡(jiǎn)單的API，這樣其它程序員在使用這個(gè)模塊時(shí)只需要關(guān)注這幾個(gè)簡(jiǎn)單的API而不是一堆內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
不同的編程語言提供了不同的機(jī)制來讓程序員實(shí)現(xiàn)這種抽象。
比如面向?qū)ο笳Z言(OOP)的一大優(yōu)勢(shì)就是讓程序員方便進(jìn)行抽象，這樣類的使用者就無需關(guān)心類的實(shí)現(xiàn)了，更不用提OOP中的多態(tài)、抽象類等，有了這些程序員可以只針對(duì)抽象而不是具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行編程，這樣的程序會(huì)有更好的可擴(kuò)展性，也能更好的應(yīng)對(duì)需求的變化。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面計(jì)算機(jī)從本質(zhì)上將就是在抽象的基礎(chǔ)上建立起來的。計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一大主題其實(shí)就是在不同層面提供抽象表示從而對(duì)外屏蔽實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
對(duì)于CPU來說，其對(duì)外提供的是一堆指令集，程序員只需要使用這些指令就可以指揮CPU工作了，這樣就無需從細(xì)節(jié)上知道CPU是如何取出指令、執(zhí)行指令的。
在操作系統(tǒng)層面，我們將I/O設(shè)備抽象成了文件、把程序的運(yùn)行抽象成了進(jìn)程、把程序運(yùn)行時(shí)占用的內(nèi)存抽象成了虛擬內(nèi)存、又把進(jìn)程和進(jìn)程運(yùn)行以來的環(huán)境抽象成了容器、最后把所有的一切包括操作系統(tǒng)、進(jìn)程、CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)抽象成了虛擬機(jī)。現(xiàn)在虛擬機(jī)技術(shù)是云計(jì)算的基石，實(shí)際上這種技術(shù)在上世紀(jì)60年代就出現(xiàn)了，并在當(dāng)前火熱的云計(jì)算中大放異彩。
難怪計(jì)算機(jī)科學(xué)中有一句名言，“計(jì)算機(jī)科學(xué)中沒有什么是不能通過增加一層抽象解決的”，當(dāng)然后面還有半句，“除了存在太多抽象層這個(gè)問題”。
總結(jié)抽象的目的其實(shí)就是通過移除不必要的信息從而減少復(fù)雜度，因此抽象可以讓我們更加關(guān)注重點(diǎn)。
在這里沒有用太多編程語言中的示例來講解，其實(shí)這也是一種抽象，那就是學(xué)習(xí)編程也好其它領(lǐng)域也罷，最好理解“頂層原理”，這個(gè)是通用的。個(gè)人一直有這樣一種觀點(diǎn)，那就是學(xué)計(jì)算機(jī)不是學(xué)一堆語言語法，那不過就是一些文法規(guī)則的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)罷了，編程高手之所以是高手不在于比別人有多了解一門編程語言有什么稀奇古怪的用法，更重要的還是這所說的“頂層原理”，那么頂層原理存在哪里呢？就存在于我們常說的基礎(chǔ)中：操作系統(tǒng)、編譯原理、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法等。
最后祝大家周末愉快！
沒有抽象的世界想象這樣一種場(chǎng)景，如果我們的語言中沒有代詞這種形式，那么我們想表達(dá)“張三是個(gè)好人“該怎么說呢？可能是這樣的：
”你還記得我說過的人吧，穿著邋邋遢遢的，公司在中關(guān)村，整天背著個(gè)雙肩包，寫代碼的，天天996，這個(gè)人是個(gè)好人“，看到了吧，在沒有代詞的情況下我們想表達(dá)一件事是非常困難的，因?yàn)槲覀冃枰?strong>具體的描述清楚所有細(xì)節(jié)，但是有了”張三“這種抽象后，一切都簡(jiǎn)單了，我們只需要針對(duì)張三這種抽象進(jìn)行交流，再也不需要針對(duì)一堆細(xì)節(jié)進(jìn)行交流了，抽象大大增強(qiáng)了表現(xiàn)力，這就是抽象的力量。
接下來回到計(jì)算機(jī)世界。
計(jì)算機(jī)使用層面我們?cè)谑褂糜?jì)算機(jī)時(shí)其實(shí)抽象就在發(fā)揮作用，在Word中編輯文檔時(shí)我們不會(huì)去考慮CPU是如何處理這些字符的，這些字符是如何被保存到磁盤的。在瀏覽網(wǎng)頁時(shí)我們不需要關(guān)心網(wǎng)頁中的數(shù)據(jù)是如何在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)摹g覽器是怎樣把這些數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)匿秩境鰜淼?，我們需要做的僅僅就是在Word中簡(jiǎn)單的輸入字符，用鼠標(biāo)或者手指滑動(dòng)網(wǎng)頁。
因此只要在使用計(jì)算機(jī)，那么抽象就在發(fā)揮作用，只不過是我們沒有意識(shí)到而已，而之所以我們沒有意識(shí)到是因?yàn)槌橄蠊ぷ鞯奶昧恕?/p>
編程語言層面程序員也可以從抽象中獲得極大好處，因?yàn)檐浖菑?fù)雜的，但程序員可以通過抽象來控制復(fù)雜度，方法就是抽象。
比如一個(gè)好的設(shè)計(jì)就是對(duì)某項(xiàng)功能抽象出一組簡(jiǎn)單的API，這樣其它程序員在使用這個(gè)模塊時(shí)只需要關(guān)注這幾個(gè)簡(jiǎn)單的API而不是一堆內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
不同的編程語言提供了不同的機(jī)制來讓程序員實(shí)現(xiàn)這種抽象。
比如面向?qū)ο笳Z言(OOP)的一大優(yōu)勢(shì)就是讓程序員方便進(jìn)行抽象，這樣類的使用者就無需關(guān)心類的實(shí)現(xiàn)了，更不用提OOP中的多態(tài)、抽象類等，有了這些程序員可以只針對(duì)抽象而不是具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行編程，這樣的程序會(huì)有更好的可擴(kuò)展性，也能更好的應(yīng)對(duì)需求的變化。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面計(jì)算機(jī)從本質(zhì)上將就是在抽象的基礎(chǔ)上建立起來的。計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一大主題其實(shí)就是在不同層面提供抽象表示從而對(duì)外屏蔽實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
對(duì)于CPU來說，其對(duì)外提供的是一堆指令集，程序員只需要使用這些指令就可以指揮CPU工作了，這樣就無需從細(xì)節(jié)上知道CPU是如何取出指令、執(zhí)行指令的。
在操作系統(tǒng)層面，我們將I/O設(shè)備抽象成了文件、把程序的運(yùn)行抽象成了進(jìn)程、把程序運(yùn)行時(shí)占用的內(nèi)存抽象成了虛擬內(nèi)存、又把進(jìn)程和進(jìn)程運(yùn)行以來的環(huán)境抽象成了容器、最后把所有的一切包括操作系統(tǒng)、進(jìn)程、CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)抽象成了虛擬機(jī)。現(xiàn)在虛擬機(jī)技術(shù)是云計(jì)算的基石，實(shí)際上這種技術(shù)在上世紀(jì)60年代就出現(xiàn)了，并在當(dāng)前火熱的云計(jì)算中大放異彩。
難怪計(jì)算機(jī)科學(xué)中有一句名言，“計(jì)算機(jī)科學(xué)中沒有什么是不能通過增加一層抽象解決的”，當(dāng)然后面還有半句，“除了存在太多抽象層這個(gè)問題”。
總結(jié)抽象的目的其實(shí)就是通過移除不必要的信息從而減少復(fù)雜度，因此抽象可以讓我們更加關(guān)注重點(diǎn)。
在這里沒有用太多編程語言中的示例來講解，其實(shí)這也是一種抽象，那就是學(xué)習(xí)編程也好其它領(lǐng)域也罷，最好理解“頂層原理”，這個(gè)是通用的。個(gè)人一直有這樣一種觀點(diǎn)，那就是學(xué)計(jì)算機(jī)不是學(xué)一堆語言語法，那不過就是一些文法規(guī)則的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)罷了，編程高手之所以是高手不在于比別人有多了解一門編程語言有什么稀奇古怪的用法，更重要的還是這所說的“頂層原理”，那么頂層原理存在哪里呢？就存在于我們常說的基礎(chǔ)中：操作系統(tǒng)、編譯原理、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法等。
最后祝大家周末愉快！
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