编程语言“破剑式”——编程语言学什么？

摘要：C/C++稳如磐石，Java依然如日中天，Python正迅速崛起，大有成为新王者的趋势，三分天下各有其一。前端开发的语言有JavaScript、TypeScript，Android开发有Kotlin、iOS开发有Swift……，还有Go、Erlang、Scala、Lua、Groovy……等，是否真有人能熟练使用它们？或者说是否有人能迅速在各种编程语言之间自由切换？这样的人到底是传说？还是真实存在的？本文肯定地告诉你这种人是真实存在的，而且会告诉你这种人所掌握的总诀。本文揭示的是编程语言的“破剑式”，不针对任何特定的语言。

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多年来，我背负了一些的误解：有人骂我，觉得我会的编程语言太多，肯定是抄别人的，只是找不到被我抄的东西在哪里！反倒是我最近刚刚收到起诉清华大学出版社侵权胜诉的判决书：

也有人觉得：李刚不是一个人，李刚是一个团队，由于很多人写书都署名为李刚，所以看上去他似乎掌握了这么多编程技术。本文也向大家保证：只要图书上署名“李刚”的、且以本人头像作为封面的图书，都是我亲笔创作的，没有什么团队代笔的事。

如果你能接受我可以能熟练（此处不说精通）使用近20种编程语言的事实，那你可以继续阅读下文；如果你觉得我完全就是吹牛B，那你就没必要阅读下去了。本文试图向你揭示编程语言的总诀，一旦你真正掌握编程语言的这个总诀后，你将能迅速使用各种编程语言。

开车的感悟

这里说的开车，真的就是驾驶汽车！对于初学开车的司机来说，汽车是充满神秘的（至少我刚学开车时有这种感觉）：那么多的按钮，那么多踏板，那么多拨杆，初学者往往手都不知道放哪儿。

反过来，对于多年的老司机来说，不管他坐在一台什么品牌、什么型号的汽车里面，他都可以立即开车上路，不需要再针对特定汽车重新学车，这是为什么呢？关键就在于老司机知道他需要掌握汽车哪些地方：
如何点火？钥匙也好，无钥匙也好，老司机坐上车第一件事就是想如何点火。
如何换挡？无论是否有离合，无论变速杆的位置怎么摆放，他接下来想到的就是如何换挡。
如何加油？转向灯如何打开？雨刮如何如何打开？雾灯如何开启？空调如何开启？……

总之，老司机是根据汽车本身的组成去“学习开车”，换句话来说，他很清楚汽车必须有这些功能，否则它就不是一辆汽车。与此类似，功力深厚的开发者学习一门编程语言时，不会被编程语言本身看似纷繁芜杂的表面所迷惑，同样也会根据编程语言本身的组成去“学习编程”，他们很清楚编程语言必须有这些功能，否则它就不是一门编程语言。

下面就详细介绍一门编程语言必须（应该）包含哪些东西——就像一台汽车必须包含哪些功能一样——当你学习任何编程语言时，你只要很清楚一门编程语言本身的组成，这样学习一门编程语言就是非常迅速。

从数据开始——变量、数据类型、数组（或类数组）

IT、IT，I是根本，T是手段，因此编程的本质就是对数据的处理。在程序里，数据就是放在变量中保存的，因此无论学习何种编程语言，首先要学习的一定是变量。
形象上来说，变量就是相当于一个日常的小容器，日常的小容器可用来装东西，但变量则用来装数据。

容器 = 变量

学习变量时，需要区分目前编程界有两种主流的编程语言：
强类型语言：这类编程语言有两个特征：①、所有变量必须先声明、后使用；②、特定类型的变量只能特定类型的数据；也就是说，定义变量时声明它为什么类型，那么它以后将永远是什么类型。
弱类型语言：这类编程语言有两个特征：①、变量无需声明，即可立即使用；②、变量没有类型，因此变量在不同时间点可能装不同类型的数据。
掌握了这两点之后，开发者其实完全可以自行判断一门语言是强类型语言，还是弱类型的语言！不要因为听到某某所谓“大牛”的说法、或网络上流传某些说法影响了自己的判断。

但无论变量是否有类型（强类型的语言变量有类型，弱类型的语言变量没有类型），但数据总是有类型的，因此学习变量时肯定伴随着学习各种数据类型。
比如Java的数据可分为基本类型（8个基本类型）和引用类型（数组、类、接口和枚举）；Python的数据类型则都是Python的内置类（如int、float、str、list、tuple等）。

定义变量

不同语言定义变量的语法不同。通常来说，强类型语言的变量必须先定义，后使用，因此通常需要掌握定义变量的语法；弱类型语言的变量往往无需先定义，通常是第一次对不存在的变量赋值时就定义了该变量。因此，定义变量这个语法，通常都是针对强类型的语言的。

早期的强类型语言通常采用如下语法格式定义变量：

类型变量名 [= 初始值]

现在新出现的强类型的语言流行使用var来定义变量，比如Swift、Kotlin等，甚至Java 10也开始支持使用var定义变量。

使用var定义变量的强类型语言都支持一个特性：变量类型推断。所谓“变量类型推断”，指的是编译器会根据程序对变量所赋的初始值来推断变量的类型——因此该变量还是有固定的类型；

通常来说，使用var定义变量时支持两种语法：
变量类型推断：使用方式定义变量时必须指定初始值，这样系统才能根据初始值的类型来推断出变量的类型。
显式指定类型：这种方式可以指定初始值，它通常会在变量后面用冒号加类型的方式来显式声明变量的类型。
总结起来，使用var定义变量的语法如下：

var 变量名 [: 类型] [ = 初始值]

在上面语法格式中，要么通过[: 类型]显式指定变量的类型，要么通过[ = 初始值]为变量指定初始值，这样编译器可推断该变量的类型，不能仅使用“var 变量名”这种方式来定义变量——因为这样无法确定变量的类型。

学习变量除了掌握定义变量的语法之外，重点是掌握变量的分类：程序在不同位置定义变量，变量的类型会有不同：局部变量、代码块内的局部变量、实例变量、类变量、全局变量……不同变量在内存中的存储位置不同，它们的生存期限也不同；不同类型的变量是否可以同名？程序如何区分同名的变量？这些需要开发者仔细体会——基本上一门语言认真掌握一次之后，大部分语言都有类似的地方。所以我的建议是：“深度优先、广度补足”——首先认真“精研”一门编程语言中各种变量的内存存储机制，再去看其他编程语言的变量的内存存储机制会很容易。

变量赋值、数值计算

定义完变量之后，自然就需要对变量赋值了。如果把变量当成一个容器，那对变量赋值的过程，就相当于把数据放入容器的过程。通常来说，大部分语言赋值运算符都是等号（=），但有少数语言的赋值运算符是冒号等号（:=）。

被赋的值除了可以是各种直接量（比如2、3.4、“fkjava”）之外，更多的则是表达式，因此各种语言都需要提供功能丰富的运算符。归纳来说，不同语言提供的运算符大致会包含如下几类：
算术运算符：+、-、*、**、/、%、++、–
位运算符：&、|、^、~、<<、>>、>>>
赋值运算符及扩展的赋值运算符
比较运算符：>、<、>=、<=、==（有的语言用=）、!=（有的语言用<>）
逻辑运算符：&&（有些语言支持不短路与）、||（有些语言支持不短路或）、!
范围运算符：… 、…<等，有些语言需使用range函数定义范围
三目运算符： ? :（有的语言使用if表达式代替三目运算符）
空值运算符：主要用于对null（或nil）进行简化判断、处理。
类型强转运算符

不同运算符有不同的优先级，而且运算符在运算时可能导致隐式的类型转换、数据溢出等——不同语言的溢出规则不同——有些语言甚至对运算符做了区分：分为溢出运算符和非溢出运算符，这样用起来更加安全。
无论如何，开发者使用一门语言的运算符时，务必注意隐式的类型转换和溢出这两个“坑”，这样开发者即使使用一门全新的语言也能做到有的放矢。

数组（或类数组）

普通变量只能保存单个的数据，当程序中有多个类型相同、功能类似的数据需要保存时，直接定义多个变量来保存它们，显然并不合适，原因有二：
在程序中定义多个类型相同、功能类似的变量显得非常臃肿。
编程时管理多个变量十分不方便。

此时的解决方案就是数组（类数组）——由此可见，引入数组（或类数组）的动机就是保存多个类型相同、功能类似的变量，因此数组元素的用法就相当于普通变量的用法。

形象上来看，数组其实就像一个“竹子”，“竹子”的每一节都可以保存一个东西，因此数组的每个元素都相当于一个变量，可以保存一个数据。

数组的形象

有些语言直接使用列表代替数组（比如Python），也有些语言使用数组代替列表（比如JavaScript）。虽然它们的名称上存在差异，但它们的功能其实是相同的，只是用法上存在一些细微差异：一般来说，列表（List）的长度是可变的，程序可以向列表中添加元素、也可以删除列表中的元素；但数组的长度通常是固定的（JavaScript数组完全可作为列表使用，因此JavaScript数组的长度也是可变的）。

学习数组要认真体会以下几点：
创建数组（或类数组）的语法
获取数组（或类数组）长度的方法
如果使用List代替数组，如何对List添加、删除、替换元素。
访问数组（或类数组）元素的方式（正向访问、反向访问）、数组（或类数组）索引何时越界？
数组（或类数组）元素在内存中存储方式：是否连续存储？是否支持指针计算？
多维数组（或类数组）是否真的存在？多维数组（或类数组）的本质是什么？

程序执行——流程控制

流程控制是所有编程语言的基础，现代编程语言基本都提供了以下三种流程：
顺序结构
分支结构
循环结构

因此当开发者拿到一门语言时，二话不说肯定先得掌握这门语言的流程控制语法。一般来说，顺序结构没啥好说，反正程序默认就是从程序入口开始，顺序向下执行——也就是说，如果你不使用任何控制，那么程序流程默认就是顺序执行的。

分支结构通常可包含两种分支：
if分支
switch分支

基本上所有语言的if分支都差不多，无非就是由if、else if（有的写成elseif，有的写成elif…）、else组成。但由于分支总要控制代码块的执行，而不同语言对代码块的控制略有差异，因此它们各自的区别主要体现在代码块的区别上，常见有方式来控制代码块：
花括号控制代码块（以C、Java为代表）
用end if（有的语言也写成endif或fi等）等关键字控制代码块的结束（以Ruby等为代表）
以统一的缩进代表一个代码块（如Python为代表）

switch（有的语言叫case分支）通常用于对表达式的值进行判断，有的语言的switch分支只支持精确匹配（比如Java）、不支持范围；但有的语言的的switch分支支持范围匹配（如Swift）。

循环结构通常可分为：
while循环
do while循环
传统for循环
for each循环
until循环（少数语言支持这种循环）

与分支结构类似，基本上所有语言的循环结构大多差不多，通常只是对代码块的区分存在一些差异（有的用花括号，有的用关键字，有的通过缩进来区分），因此只要精研了一门语言的循环结构，其他语言的循环结构自然就一通百通了。

为了更灵活地控制循环结构，很多编程语言都会提供如下两个关键字：
break：用于结束、并跳出当前循环。某些语言（如Java等）还支持在break后带标签，这样该break可用于结束、并跳出标签所代表的循环。
continue：用于忽略当前循环剩下的语句，重新开始执行下一次循环。某些语言（如Java等）还支持在continue后带标签，这样该continue可用于忽略标签所代表的循环剩下的语句，重新开始执行下一次循环。

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