学计算机编程原理和机制

　　编程即是有序地组织计算指令，使之完成合乎预期的事情和效果。

　　怎样学会并提升编程技能呢?

　　中国武学讲究内功心法和招式变术。招式变术是千变万化的，而内功心法则稳定而绵延不绝。内功心法的深度决定了可以学习的招式变术的上限高度。

　　学习编程亦如此道：具体的技术是招式变术，而计算原理和机制就是内功心法。习得内功心法，才能更好地掌握各种高阶招式。

　　一、逻辑语义与物理语义

　　指令的逻辑语义与物理语义是编程的出发点。

　　逻辑语义是指从问题和自然理解的角度的语义，物理语义是指从计算机存储和运行的角度的语义。

　　比如， int i = 4 的逻辑语义是在程序中创建一个初始值为4的整数变量，物理语义是在计算机内存中分配了4个字节，值为0x00000004.

　　编程语言提供了从指令的逻辑语义到物理语义的语义映射，而我们通常是使用编程语言从逻辑语义上进行编程的。

　　API是针对特定技术系统的逻辑语义，虽然功能更强大，但本质与拷贝数据的原子指令没有区别。当编写一行代码时，应该理解它所指代的物理语义。

　　二、编码与解码

　　编码与解码是在计算机中表示和还原世间万物的方法和技术。

　　要在计算世界里解决现实世界的问题，就必须将现实世界的事物映射到计算世界里，就涉及到编码问题。

　　要将计算世界的解映射到现实世界，就涉及到解码问题。

　　计算机中较基本的数据表示采用二进制，即一系列的“01”串;以二进制来编码世间万物，这不能不说是个思维的奇迹!

　　三、 数据结构与算法

　　理解编程语言的逻辑物理语义之后，下一步要掌握的两大武器是数据结构与算法。

　　数据结构是程序中存储和组织数据的重要法宝，而算法则是在数据结构之上设计的操作序列。

　　数据结构与算法是问题求解的基础，是编写大型程序必不可少的要素，是计算世界的基石。

　　四、 设计模式

　　熟悉基本数据结构和算法之后，接下来要学习设计模式。

　　编写小型程序， 代码缠成一团没有关系;但是编写中大型软件系统时，若缺乏设计模式的辅佐，代码组织就会乱成一团意大利面，难以修改、扩展和维护，系统很快就会腐化成没人想动它的废弃物。

　　设计模式是培养对象编程的结构化的思维体操，直接产出是各种应用框架。

　　五、 模块化与封装

　　掌握编程语言、编解码、数据结构、算法、设计模式，基本上能够胜任中小程序的构建了。

　　不过，要驾驭中大型软件系统，就要学会将已实现的通用逻辑流(数据结构、算法、函数、方法、对象、代码结构、业务逻辑等)进行模块化与封装，成为可复用的模块，并仔细设计模块之间的交互关系。

　　六、　进程与内存

　　当构建和运行程序时，应当理解程序的运行机制，理解进程与内存的管理是必经之途。

　　进一步地，理解程序所占用的CPU、内存、磁盘IO、网络等资源以及程序的响应时间和并发吞吐量也是必要的。知其然而知其所以然。

　　编程技法千变万化，但万变不离其宗。 掌握了编程的六个较基本内功心法，可以开始接触更广泛的技术招式：

　　比如数据库， 管理和检索大量有序记录的技术;

　　比如正则表达式， 灵活操控文本的技术;

　　比如Socket编程， 网络编程的基本技术;

　　比如多核编程，并发控制多任务执行的基本技术。