5 Key Concepts of Programming | 学编程？从五个思维训练开始

学编程？WHY？

因为，这是未来的语言。如果你想创造任何数字化的作品，只有掌握一些编程语言，才能体会到真正的创作自由。

毕竟，这是一门语言

编程语言虽说跟自然语言类似，但有一些本质的区别，如果不理解这些区别，编程所独有的一些们槛会始终把你挡在门外。这篇文章尝试以 Python 为例，用比喻的方法来讲解几个关键概念。你并不需要懂得 Python 的语法，只需要用一种开放的心态看待编程，尝试理解它的独特之处。

一、变量 vs 替身

变量是学习编程语言时第一道标志性的认知门槛。因为在日程使用的语言中，所有句子中的词语都是既定的，你说了 「Great minds think alike」，这个句子不会变成 「Great mouse think alike」。但是在编程语言中，某些词语会「变化」。这种会变化的词语，叫做「变量」。

例如

想要写个程序，显示一周七天不同的早餐菜单

我们需要有一个东西来代表「今天是周几」。可能性有 7 种，但是当下只有 1 种，比如今天是周五。那么需要一个「替身」，来限定它的「变身」范围是周一至周日，然后让它根据条件变变变……

这是对编程思维的第一个训练：

抽象

将某种类型、某个范围内变化的「实例」，抽象为一个「代号」。

变量的陷阱

• 变量命名

  这几乎是一个终极问题…… 因为命名同时承载了占位符、运算对象、功能解释、类型暗示、作用域暗示 等等的使命，于是短了烧脑，长了烧眼……

• 理解成本

  虽然程序是自己写的，变量是自己命名的，但是每一次回看程序时，都存在「翻译」变量名的隐性步骤，这个步骤消耗了很多认知资源，相当于脑子里面得有很多对牵线木偶，运行前是一个，运行后是另一个……相信这是老手感受不到/回忆不起的一种状态。尤其当程序长了以后，变量越来越多，记忆变量和管理变量都成问题，还容易犯看错变量名的错误。

填坑：

• 定义函数时，想想它的用途和变化范围，写好注释
• 避免用三个字母以内的命名，使用那些一个月后再看，仍然能快速理解的命名
• 如果变量比较多，分一下组，或者动手画出它们的关系，帮助理清思路

二、数组 vs 分格抽屉

替身虽好，但是有时候还是不好管理，执行命令起来效率有点儿低，因为同质性不够高（虽然替身都是人，但可能年龄、爱好、性取向、左撇右撇、甜豆花派咸豆花派等等都不尽相同）、以及没有按顺序排列。

于是我们需要一个更「军事化」的组织——数组。数组就像一个分格抽屉：

从外面看来，一个抽屉就是一个东西（里面能装很多东西）；打开抽屉，里面是按照顺序放置的同一类东西，每一格都有位置编号（指针）。

这是对编程思维的第二个训练：

压缩

对同样的东西，折叠再折叠，收纳再收纳。

抽屉的陷阱

• 抽象

  因为抽象，容易见抽屉而不见格子。写下数组太轻松 array[] ，但是一旦加入到运算中（尤其是循环），脑内演化就容易一团浆糊。

• 抽屉里面的抽屉

  多维数组又是编程学习中一道难以逾越的门槛。每增加一维，复杂性成本增加。需要先辨别是哪个抽屉，然后再定位到抽屉内的单元。

  

  小抽屉为大抽屉增加了多样性，一个抽屉放马卡龙，一个放铜锣烧，一个放益力多……

  至于N维数组……

  

填坑：

• 克服对数组的心理恐惧，多使用这么简洁高效的工具，嗯
• 数组都是高浓缩占位符，占地小，内涵大，如果见到数组，可以自动脑补更大的空间给它
• 对循环语句中的数组尤其警惕，试着画一画逻辑关系

三、判断+循环 vs 防伪点钞机

嗯？点钞机？

我们来看看点钞机的工作特点：根据设定的条件，重复同一步骤。这正是 「判断+循环」的精髓。正是它，把我们从机械劳动中解放出来。

下面的代码虽然只有几行，但是综合了变量、运算、循环判断、数组等等。非常浓缩，非常坑……

for shapes in shape_list:
    if shapes[1] == "circle":
        canvas.draw_circle(shapes[0],Radius, 1, "Black",shapes[2])
    else:
        canvas.draw_polygon(shapes[0], 1, "Black",shapes[2])

这是对编程思维的第三个训练：

自动化

找出条件，识别共同步骤，循环处理，实现量变到质变。

自动化的陷阱

• 抽象

  循环里面如果有个函数调用，再来个二维数组，脑子马上就浆糊了

填坑：

• 用 viz mode 这类的可视化工具帮助理解，训练循环折叠思维…… 推荐偶像Bret Victor的一篇文章：LEARNABLE PROGRAM — Designing a programming system for understanding programs ，中文版 易学编程:一个帮助理解程序的编程系统的设计

四、函数 vs 百宝袋

每个函数，都是哆啦A梦百宝袋里面的一件宝物！

宝物的特点是什么？实现大雄的一个愿望。至于怎么实现的，大雄并不用担心。当然，想实现多个愿望，最好不要指望于一件宝物，那样往往会出 bug……

说回最开始一周早餐菜单的例子。要 print 不同的菜单，我们需要先判断今天是周几，这件事可以写到一个函数 whatIsTheDay() 中。以后一旦要做这件事，就 call 一下这个函数，外包这项任务给它，自己就翘着二郎腿等着它给出结果。一个程序中有多个函数，也就成了一个百宝袋。

函数的强大之处还在于，可以通过参数实现定制化需求。比如我们在函数 whatIsTheDay(year, month, date) 加入三个参数 year 、month 和 date ，告诉函数：「我想知道 某年、某月、某日 是周几 」

以上是对编程思维的第四个训练：

模块化

分产承包，责任到户；结果导向，过程自理。**

模块化的陷阱

• 贵圈太乱

  函数的调用关系复杂，你调我，它调你，你调你自己……

• 参数传递和返回结果

  参数传递引入了新变量（认知内存中又要处理多一套对应关系 >_<），容易跟全局变量、函数内的局部变量混淆。而返回结果又是一个隐式的变量，不可见但影响重大。

• 交叉并行路径

  如果只有一个明确起点，调用关系也单纯的程序就很好办。但事实往往是有多个起点入口，调用关系也复杂，偏偏程序是线性写下来的，不能按照从头到尾的顺序去读。于是到底程序从哪里开始，zeng 地蹿到了哪里，很让人头疼……

• 自定义函数和原生函数

  因为原生函数不是自己亲生的，所以经常觉得陌生，尤其搞不清楚原生函数之间的关系。

填坑：

• 明确函数功能，勤加注释
• 牢记函数的输入（函数参数）和输出（返回值）
• 多进行局部调试，print 函数返回值
• 函数之间的调用关系，通过可视化帮助理解

五、类 vs 招聘职位

每一个类都包含属性（变量和值）和行为（函数）。它跟招聘职位的描述是不是有些类似？

JD（招聘职位描述）：

    WXG01-微信高级交互设计师（广州）
    
    工作职责：
    
    - 参与微信相关产品从概念到原型的设计过程，输出相关设计文档；
    - 对产品持续进行设计优化，提升用户体验；
    - 协调和推动可用性测试及用户研究，以验证现有和将来的功能设计；
    - 负责设计前瞻性的相关研究。
    
    工作要求：
    
    - 工业设计、心理学、计算机、视觉传达相关背景，本科及以上学历；
    - 3年以上工作经验，主导过1000万+用户的移动互联网产品的设计，具备多领域设计工作相关经验，如产品设计、硬件设计、视觉设计等；
    - 对互联网交互设计有深刻理解，具备完整的理论和技术体系；
    - 优秀的产品意识，良好的全局观、前瞻性和判断力；
    - 同理心强烈，擅长换位及独立思考，卓越的情景还原能力；
    - 优秀的沟通、组织和项目管理能力；
    - 性格乐观向上，兴趣爱好广泛。

类：

    class Character:
       def __init__(self, name, initial_health):   # __int__ 初始化对象
           self.name = name                 # self 是新的对象的引用
           self.health = initial_health # name 和 health 是self对象中的域(field)
           self.inventory = []
           
       def __str__(self):
           s  = "Name: " + self.name
           s += " Health: " + str(self.health)
           s += " Inventory: " + str(self.inventory)
           return s
       
       def grab(self, item):            # methond defines the behaviors of objects
           self.inventory.append(item)
           
       def get_health(self):            # method 所有方法的第一个参数都是self
           return self.health

• 工作要求其实就相当于类的「属性」，作为这类人，本身需要具备什么样的条件和素质；
• 工作职责相当于类的「行为」，这类人要干什么事情。

类和函数的区别在于，类只能操作某个类型的对象，而不能通过其他方法直接被调用。面向对象编程的强大之处，对于一个类，理解其接口和已实现的方法，就可以使用了。

这是对编程思维的第五个训练：

面向对象

打包成型，封装上架。

面向对象的陷阱

• 哪些对象、函数需要组织成类，类如何在一开始就做好规划
• 类和子类的继承关系太复杂
• 类如何管理

关于类、实例、方法等问题，后面再深入讨论。

今天先到这~ 可能有很多不恰当的类别，请各位程序猿轻拍~

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