编程的本质探索Nature of Coding

 很多朋友对“成为编程高手”都很有兴趣，但对我的那篇文章提出很多批评，多是指出该文对这个话题说得不够深入。事实上在一篇短文中把这么大的问题说清楚是很难的事，所以从本篇开始，我们从几个方面入手，详细讨论一下这个问题，今天我们讨论一下编程的本质。

   在探讨编程之前，我们先看看我们生活的这个世界，这个世界五彩缤纷，丰富多彩，但都是由元素周期表中的108个元素构成，而这108个元素又主要由电子、质子和中子组成，其中中子不带电荷，可以忽略。一个电子带一个负电荷，一个之子带一个正电荷。如果把电子用0表示，质子用1表示，有没有发现我们这个世界其实就是由0、1构成的，是不是跟我们coding一样。质子、电子按照一定规律编码，形成了我们这个世界存在的108个元素，这是第一层编码。原子与原子之间需要通过“键”建立关联，形成分子。“键”是由两个电子组成的电子对构成，一个电子属于A原子，一个电子属于B原子，A、B原子通过这个“键”紧密的联系在一起。如果一个原子有一个孤立的电子游离在原子外层，这个电子就有机会与别的原子的电子形成“键”，我们可以形象把这个孤立的电子比喻为一只手，有一个孤立的电子就有一只手，有两个孤立的电子就有两只手，以此类推。对于原子来说，最多只有四只手。比如氯原子有一只手，氧原子有两只手、氮原子有三只手，炭原子有四只手。形成键的规则可以说是原子编码的规则。

   这里提出一个问题：这个世界有108个元素，什么元素是最重要的？

   我们把这个世界上的物质分为无机物和有机物，无机物是有限的，而有机物是无限的，正因为有有机物，我们这个世界才会如此多彩。有机物是什么？我们以前学过，有机物就是碳水化合物。我们知道无机物的分子都很小，而有机物的分子都很大，这个很大的分子的骨架是由炭原子构成的。这个世界有108个元素，为什么是炭？氧不可以吗？氮不可以吗？硅不可以吗？这里分析一下炭的特点，炭（C）有四只手，可以用两只手、三只手或四只手来构建分子的骨架，用一只手或两只手去链接其他元素的原子，形成分子的枝叶，由于骨架不同、枝叶不同就会形成功能不同的有机分子。这种变化是无穷的。有一只手的氯元素只能两两配对，形成的是一个点。有两只手的氧元素可以连接成一条线，比如双氧水H-O-O-H。有三只手的氮元素则能形成面。只有有四只手的炭元素才能形成立体的结构，线和面都很脆弱，容易断和折，而立体的结构就很稳定。这种稳定有多强，我们只要看看由炭元素构成钻石有多坚硬。有四只手的不止有炭，还有硅，但硅的原子核已经太大了，“键”不再那么强劲，所以也无法形成大分子。可以说炭是这个世界编码的核心元素。我们现在可以理一理自然界的编码过程，首先通过质子和电子编码出108个元素，这108个元素通过价键编码出各种化合物，而炭元素由其特殊性开始缓慢地编码出各种简单有机物，再到复杂有机物，再到细胞、再到各种动植物。这个过程经历了45亿年。

   我们现在回到软件编程，软件是由表示0、1的二进制开始，0、1只能表示两个状态，很简单，但两个二进制数就可以表示四种状态，三个可以有8种状态，依此类推。这些状态还没有意义，所以需要进行第一步编码，赋予其含义。我们都知道，最初使用8位进行编码，后来发展到16位、32位、64位编码，现在是使用64位编码，用这64位二进制数来定义最基本的东西，比如数字、字母、汉字等。有了基本的编码定义就可以定义规则了，用这些规则来构建我们现在复杂的程序。我们熟悉的编程语言C＃、Java都是是来定义这些规则的。

   这些编程语言首先都会定义一些基本类型，比如整型、浮点数、双精度、字符串、日期等。这些基本类型是编程的基础。基于基本类型可以构建复杂的类型：比如对象、集合等。对象是由基本类型和对象、集合构成的。集合是由多个对象或集合或基本类型构成。

   这些编程语言还会定义编程的规则，这些规则也不复杂，比如流程的定义，比如线性、循环、分支等流程。通过这些规则就可以编写完成各种任务的程序了。

   对象是一个很重要的概念。对象的变化是无限的。正因为有这无限的变化，才能方便的构建出如此多样复杂的软件。但对象不是必须的，因为早前很多编程语言是没有对象这个概念的，也同样完成很多任务。

   编程的基础要求很低，编程的规则也很简单，很容易上手，但要想编出好的代码却不容易，这是因为变化太多，这些变化中有一些可以沉淀下来，形成所谓的编程模式，但更多的还只是存留在每个程序员脑中的经验。

   编程的本质是用简单编码编写成复杂的程序，编写的过程中的变化是无穷尽的，这形成的复杂程序要能满足用户的需求。

   简单来说，就是用简单编码、规则来构建复杂程序。从简单到复杂其中有巨大的鸿沟，这种鸿沟很难从书本上得到，往往需要经过多年的积累才能在其中行走自如。