编程范式

范式是组织程序的方式：命令式关注状态变化，函数式关注值的变换，面向对象关注消息与封装，逻辑式关注关系与搜索。本章比较它们的核心抽象、各自擅长的问题，以及现代语言的多范式融合。

四种范式

范式	核心抽象	程序是……	代表
命令式	状态与语句	改变状态的一系列指令	C、Pascal
函数式	值与函数	表达式的求值	Haskell、OCaml、Elixir
面向对象	对象与消息	相互发送消息的对象	Smalltalk、Java、Simula
逻辑式	关系与查询	事实与规则的声明	Prolog

范式不是语法风格，而是可推理性的来源：每种范式定义"程序正确"的推理方式。

命令式与函数式

命令式：程序 = 一系列改变状态的语句。推理方式是跟踪状态——执行到第 $k$ 行时，所有变量的值是什么？状态空间随程序增长，是命令式程序难以推理的根源。

函数式：程序 = 表达式求值。三个关键性质：

不可变性：值不改变，"用新值代替旧值"。不可变性让并发推理变简单——没有共享可变状态，就没有数据竞争（→ 并发与同步）；
纯函数：相同输入恒有相同输出、无副作用——可测试、可缓存（记忆化）、可并行；
高阶函数：函数作为参数与返回值——map/filter/reduce 是它的词汇。

函数式的代价：改变大量状态时（编辑器、游戏），"用新值代替旧值"需要持久化数据结构（结构共享）或借用可变状态。现实语言在两者之间：Rust 允许可变但默认不可变；Swift 的值类型与 COW；Clojure 的持久化集合。

面向对象

三个经典机制：封装（状态与操作绑定）、继承（复用与子类型）、动态分派（方法按对象运行时类型选择）。

设计经验澄清了它们的地位：面向对象的核心是动态分派而非继承——多态与接口替换才是可扩展性的来源，继承复用反而造成脆弱基类问题（→ 设计原则与模式）。"组合优于继承"是这条经验的口号。动态分派的实现是虚表（vtable）：每个类一张方法表，对象持有指向它虚表的指针——O(1) 的间接跳转（→ 指令集架构）。

逻辑式

程序 = 事实与规则（Prolog）。求值即搜索：统一（unification）+ 回溯，"数据库的反向查询"。小众但在特定领域无可替代：约束求解、专家系统、Datalog（数据库递归查询与程序分析）。

多范式融合

大多数现代语言都是多范式的，各有侧重：

Rust：函数式（迭代器、模式匹配、代数数据类型）+ 系统级（所有权、无 GC）+ 面向对象（trait 与动态分派）；
Scala/Kotlin：OOP + 函数式；
Python/JS：命令式为主，吸收函数式与 OOP 词汇；
Go：有意反 OOP（无继承、组合 + 接口）。

融合的代价是选择困难：同一问题有四种写法。工程判断的标准不是范式纯洁性，而是哪种组织方式让这个问题的推理最局部——并发多的程序偏不可变，交互多的程序偏对象，算法多的偏函数式与纯数据。

本章要点

范式是组织程序的方式，定义"程序正确"的推理方式
不可变性让并发推理变简单；纯函数可测试、可缓存、可并行
面向对象的核心是动态分派而非继承；组合优于继承，虚表是分派的实现
逻辑式 = 关系与搜索；约束求解与 Datalog 是它的现代用武之地
现代语言是多范式的：判断标准是哪种组织让推理最局部