我一直在网上搜索声明式编程和命令式编程的定义,希望能给我一些启发。然而,我发现在一些资源中使用的语言令人生畏——例如在维基百科。 有没有人可以给我举一个现实世界的例子,让我对这个主题有一些了解(也许是c#)?


声明性编程是你说你想要什么,命令式编程是你说如何得到你想要的。

一个简单的Python例子:

# Declarative
small_nums = [x for x in range(20) if x < 5]

# Imperative
small_nums = []
for i in range(20):
    if i < 5:
        small_nums.append(i)

第一个例子是声明性的,因为我们没有指定构建列表的任何“实现细节”。

以c#为例,一般来说,使用LINQ的结果是声明式的,因为你没有说如何获得你想要的东西;你只是在说你想说的话。你可以对SQL说同样的话。

声明式编程的一个好处是,它允许编译器做出可能比手工编写更好的代码的决定。运行SQL示例,如果您有这样的查询

SELECT score FROM games WHERE id < 100;

SQL“编译器”可以“优化”这个查询,因为它知道id是一个索引字段——或者它可能没有索引,在这种情况下,它必须遍历整个数据集。或者SQL引擎知道这是利用所有8个核心进行快速并行搜索的最佳时机。作为程序员,你不需要考虑这些条件,也不需要编写代码来处理任何特殊情况。


声明式编程和命令式编程的一个很好的c#例子是LINQ。

使用命令式编程,你一步一步地告诉编译器你想要发生什么。

例如,让我们从这个集合开始,并选择奇数:

List<int> collection = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };

在命令式编程中,我们将逐步执行这些步骤,并决定我们想要什么:

List<int> results = new List<int>();
foreach(var num in collection)
{
    if (num % 2 != 0)
          results.Add(num);
}

这里,我们说:

创建一个结果集合 逐步检查集合中的每个数字 检查数字,如果是奇数,就把它加到结果中

另一方面,在声明式编程中,你写的代码描述了你想要的东西,但不一定是如何得到它(声明你想要的结果,但不是一步一步的):

var results = collection.Where( num => num % 2 != 0);

这里,我们说的是“把所有奇怪的东西都给我们”,而不是“遍历集合”。选中此项,如果为奇数,则将其添加到结果集合中。”

在许多情况下,代码也将是两种设计的混合,因此并不总是黑白分明的。


在计算机科学中,声明式编程是一种编程范式,它在不描述控制流的情况下表达计算逻辑。

从http://en.wikipedia.org/wiki/Declarative_programming

简而言之,声明式语言更简单,因为它缺乏控制流(循环、if语句等)的复杂性。

一个很好的比较是ASP。网络“后台代码”模型。你们有陈述句。'ASPX '文件,然后是'ASPX. cs '代码文件。我经常发现,如果我可以在脚本的声明性部分完成我所需要的一切,那么更多的人可以理解所做的事情。


命令式编程是显式地告诉计算机做什么,以及如何做,比如指定顺序等

C#:

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    System.Console.WriteLine("Hello World!");
}

说明性是指你告诉计算机做什么,而不是如何做。Datalog / Prolog是在这方面首先想到的语言。基本上所有东西都是声明性的。你不能保证秩序。

c#是一种更命令式的编程语言,但某些c#特性更具有声明性,如Linq

dynamic foo = from c in someCollection
           let x = someValue * 2
           where c.SomeProperty < x
           select new {c.SomeProperty, c.OtherProperty};

同样的东西也可以写成命令式:

dynamic foo = SomeCollection.Where
     (
          c => c.SomeProperty < (SomeValue * 2)
     )
     .Select
     (
          c => new {c.SomeProperty, c.OtherProperty}
     )

(例子来自维基百科Linq)


我将添加另一个在声明式/命令式编程讨论中很少出现的示例:用户界面!

在c#中,您可以使用各种技术构建UI。

在命令式端,你可以使用DirectX或OpenGL命令式地绘制按钮、复选框等。一行一行的(或者实际上是一个三角形一个三角形的)。如何绘制用户界面由您决定。

在声明端,有WPF。您只需编写一些XML(是的,是的,技术上是“XAML”),框架就会为您完成工作。你说用户界面是什么样的。如何做到这一点取决于系统。

总之,这是另一件值得思考的事情。仅仅因为一种语言是声明式或命令式的,并不意味着它没有另一种语言的某些特性。

此外,声明式编程的一个好处是,通过阅读代码通常更容易理解目的,而命令式编程则可以更好地控制执行。

要点是:

说明性->你想做什么

命令式->你想怎么做


声明式与命令式

编程范式是计算机编程的一种基本风格。 主要有四种范式:命令式、声明式、函数式(被认为是声明式范式的子集)和面向对象的。

Declarative programming : is a programming paradigm that expresses the logic of a computation(What do) without describing its control flow(How do). Some well-known examples of declarative domain specific languages (DSLs) include CSS, regular expressions, and a subset of SQL (SELECT queries, for example) Many markup languages such as HTML, MXML, XAML, XSLT... are often declarative. The declarative programming try to blur the distinction between a program as a set of instructions and a program as an assertion about the desired answer.

命令式编程:是一种编程范式,它用改变程序状态的语句来描述计算。命令式程序可以被视为编程命令或数学断言。

函数式编程:是一种编程范式,它将计算视为数学函数的求值,并避免状态和可变数据。它强调函数的应用,而命令式编程风格强调状态的变化。 在纯函数式语言(如Haskell)中,所有函数都没有副作用,状态更改仅表示为转换状态的函数。

下面是MSDN中命令式编程的示例,循环遍历数字1到10,并找到偶数。

var numbersOneThroughTen = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
//With imperative programming, we'd step through this, and decide what we want:
var evenNumbers = new List<int>();
foreach (var number in numbersOneThroughTen)
{    if (number % 2 == 0)
    {
        evenNumbers.Add(number);
    }
}
//The following code uses declarative programming to accomplish the same thing.
// Here, we're saying "Give us everything where it's even"
var evenNumbers = numbersOneThroughTen.Where(number => number % 2 == 0);

这两个例子都产生了相同的结果,一个既不比另一个好也不比另一个差。第一个示例需要更多代码,但代码是可测试的,命令式方法让您完全控制实现细节。在第二个例子中,代码可以说更可读;然而,LINQ并不能让你控制幕后发生的事情。您必须相信LINQ将提供所请求的结果。


再举一个手机应用开发的例子。在iOS和Android中,我们有界面构建器,在那里我们可以定义应用程序的UI。

使用这些生成器绘制的UI本质上是声明性的,我们可以在其中拖放组件。实际的绘图发生在框架和系统下面,由框架和系统执行。

但我们也可以在代码中画出整个组件,这在本质上是必要的。

此外,一些新语言,如Angular JS,专注于以声明方式设计ui,我们可能会看到许多其他语言提供同样的支持。就像Java在Java swing或Java FX中没有任何好的声明性方法来绘制本地桌面应用程序,但在不久的将来,他们可能会这样做。


Imperative programming requires developers to define step by step how code should be executed. To give directions in an imperative fashion, you say, “Go to 1st Street, turn left onto Main, drive two blocks, turn right onto Maple, and stop at the third house on the left.” The declarative version might sound something like this: “Drive to Sue’s house.” One says how to do something; the other says what needs to be done. The declarative style has two advantages over the imperative style: It does not force the traveler to memorize a long set of instructions. It allows the traveler to optimize the route when possible.

卡尔弗特,C库尔卡尼,D(2009)。LINQ至关重要。艾迪森·韦斯利48岁


这里借用菲利普·罗伯茨的一句话:

命令式编程告诉机器如何做某事(导致你想要发生的事情) 声明性编程告诉机器你想要发生什么(然后计算机找出如何去做)

两个例子:

1. 将数组中的所有数字加倍

命令式地:

var numbers = [1,2,3,4,5]
var doubled = []

for(var i = 0; i < numbers.length; i++) {
  var newNumber = numbers[i] * 2
  doubled.push(newNumber)
}
console.log(doubled) //=> [2,4,6,8,10]

声明:

var numbers = [1,2,3,4,5]

var doubled = numbers.map(function(n) {
  return n * 2
})
console.log(doubled) //=> [2,4,6,8,10]

2. 对列表中的所有项求和

命令式地

var numbers = [1,2,3,4,5]
var total = 0

for(var i = 0; i < numbers.length; i++) {
  total += numbers[i]
}
console.log(total) //=> 15

以声明的方式

var numbers = [1,2,3,4,5]

var total = numbers.reduce(function(sum, n) {
  return sum + n
});
console.log(total) //=> 15

请注意,命令式示例涉及如何创建一个新变量,改变它,并返回新值(即,如何使某事发生),而声明式示例执行给定的输入,并根据初始输入返回新值(即,我们想要发生什么)。


我喜欢剑桥一门课程的解释和他们的例子:

声明性-指定要做什么,而不是如何做 例如:HTML描述的是什么应该出现在网页上,而不是它应该如何在屏幕上绘制 命令式-同时指定“什么”和“如何” int x;-什么(陈述性的) x = x + 1;——如何


From my understanding, both terms have roots in philosophy, there are declarative and imperative kinds of knowledge. Declarative knowledge are assertions of truth, statements of fact like math axioms. It tells you something. Imperative, or procedural knowledge, tells you step by step how to arrive at something. That's what the definition of an algorithm essentially is. If you would, compare a computer programming language with the English language. Declarative sentences state something. A boring example, but here's a declarative way of displaying whether two numbers are equal to each other, in Java:

public static void main(String[] args)
{
    System.out.print("4 = 4.");
}

另一方面,英语中的祈使句给出命令或提出某种请求。因此,命令式编程只是一个命令列表(做这个,做那个)。下面是在Java中,在接受用户输入时显示两个数字是否相等的强制方法:

private static Scanner input;    

public static void main(String[] args) 
{
    input = new Scanner(System.in);
    System.out.println();
    System.out.print("Enter an integer value for x: ");
    int x = input.nextInt();
    System.out.print("Enter an integer value for y: ");        
    int y = input.nextInt();

    System.out.println();
    System.out.printf("%d == %d? %s\n", x, y, x == y);
}

从本质上讲,声明性知识跳过某些元素,在这些元素之上形成一个抽象层。声明式编程也是如此。


命令式编程 一种需要编程规程的编程语言,如C/ c++, Java, COBOL, FORTRAN, Perl和JavaScript。用这种语言编写程序的程序员必须基于数据处理和编程知识,开发出适当的操作顺序来解决问题。

声明性编程 一种不需要编写传统编程逻辑的计算机语言; 用户专注于定义输入和输出,而不是过程式编程语言(如c++或Java)中所需的程序步骤。

声明性编程的例子有CSS、HTML、XML、XSLT、RegX。


声明性程序只是它的一些或多或少的“通用”命令式实现/虚拟机的数据。

pluses: specifying just a data, in some hardcoded (and checked) format, is simpler and less error-prone than specifying variant of some imperative algorithm directly. some complex specifications just cant be written directly, only in some DSL form. best and freq used in DSLs data structures is sets and tables. because you not have dependencies between elements/rows. and when you havent dependencies you have freedom to modify and ease of support. (compare for example modules with classes - with modules you happy and with classes you have fragile base class problem) all goods of declarativeness and DSL follows immediately from benefits of that data structures (tables and sets). another plus - you can change implementation of declarative language vm, if DSL is more-or-less abstract (well designed). make parallel implementation, for example. or port it to other os etc. all good specifed modular isolating interfaces or protocols gives you such freedom and easyness of support.

缺点: 你猜对了。一般的(通过DSL参数化的)命令式算法/虚拟机实现可能比特定的算法慢和/或占用内存。在某些情况下。 如果这种情况很罕见,那就忘了它吧,让它慢慢来。如果这种情况经常发生,你总是可以扩展你的DSL/vm。某个能减缓其他案件的地方,当然…

P.S.框架介于DSL和命令式之间。作为所有的折中方案……他们结合了缺点,而不是优点。它们不是那么安全,也不是那么快:)看看万事通haskell——它介于强大的简单ML和灵活的元程序Prolog之间……真是个怪物。你可以把Prolog看作一个Haskell,它只包含布尔函数/谓词。它对Haskell的灵活性是多么简单……


我只是想知道为什么没有人提到Attribute类是c#中的声明性编程工具。本页最流行的回答是将LINQ作为一种声明性编程工具。

根据维基百科

常见的声明性语言包括数据库查询语言 (如SQL, XQuery),正则表达式,逻辑编程, 功能编程和配置管理系统。

所以LINQ作为一个函数式语法,绝对是一个声明性的方法,但是c#中的Attribute类作为一个配置工具,也是声明性的。这里有一个很好的起点来阅读更多关于它的内容:c#属性编程的快速概述


这里和其他在线帖子的答案提到了以下内容:

使用声明式编程,您编写的代码描述您想要的东西,但不一定是如何得到它 您应该更喜欢声明式编程而不是命令式编程

他们没有告诉我们如何实现这一目标。为了使部分程序更具声明性,其他部分必须提供抽象来隐藏实现细节(即命令式代码)。

例如,LINQ比循环(for, while等)更具声明性,例如,你可以使用list. where()来获得一个新的过滤列表。为了实现这一点,微软已经完成了LINQ抽象背后的所有繁重工作。

事实上,函数式编程和函数式库更具有声明性的原因之一是因为它们抽象了循环和列表创建,隐藏了所有实现细节(很可能是带有循环的命令式代码)。

在任何程序中,都将同时拥有命令式代码和声明式代码,并且应该将所有命令式代码隐藏在特定于领域的抽象后面,以便程序的其他部分可以声明性地使用它们。

最后,尽管函数式编程和LINQ可以使您的程序更具声明性,但您总是可以通过提供更多的抽象来使程序更具声明性。例如:

// JavaScript example

// Least declarative
const bestProducts = [];
for(let i = 0; i < products.length; i++) {
    let product = products[i];
    if (product.rating >= 5 && product.price < 100) {
        bestProducts.push(product);
    }
}


// More declarative
const bestProducts = products.filter(function(product) {
    return product.rating >= 5 && product.price < 100;
});

// Most declarative, implementation details are hidden in a function
const bestProducts = getBestProducts();

另外,声明式编程的极端是发明新的领域特定语言(DSL):

字符串搜索:正则表达式而不是自定义命令式代码 js: JSX而不是直接的DOM操作 AWS CloudFormation:用YAML代替CLI 关系型数据库:用SQL代替旧的读写api,如ISAM或VSAM。


这种差异主要与抽象的总体水平有关。对于声明式,在某些情况下,您离单个步骤太远了,以至于程序在如何获得结果方面有很大的自由度。


你可以把每一条指令都看作是连续体上的某个地方:

抽象程度:

Declarative <<=====|==================>> Imperative

声明性真实世界的例子:

图书管理员,请帮我借一本《白鲸记》。 (图书管理员可酌情选择最佳的申请方式)

现实世界的例子:

进入图书馆 查找图书组织系统(卡片目录-老派) 研究如何使用卡片目录(你也忘了,对吧) 弄清楚货架是如何标记和组织的。 弄清楚书架上的书是如何排列的。 从卡片目录和组织系统中交叉引用图书位置以查找所述书籍。 带书到退房系统。 借书。


命令式编程——你编写完成工作的代码

声明式编程——由其他人编写完成工作的代码


已经添加了很多代码示例,所以我不再添加另一个。 相反,我将尝试用一种我认为比大多数流行的定义更清楚地解释这两种方法之间的区别:

声明性方法侧重于特定算法的目的,这通常隐藏了算法本身。 命令式方法侧重于特定目的的算法,通常隐藏了目的本身。


我发现基于幂等性和交换性更容易区分陈述性和命令性。通过参考资料来了解他们。

看看这个简化版,了解幂等性。

然后引入“WHAT”和“HOW”的定义,以理解“WHAT”和“HOW”的实际含义。在声明式中,通过定义数据之间的关系来连接数据。你没有提到这种关系应该如何实现,而是“这种关系是什么”。通过关系来描述输出数据的“样子”,而不是“如何”来实现输出数据。

开始在脑海中画一些图表,画一些点(数据),用线(关系)连接起来。画所有可能的方式,一比多,多比一&一比一。为这些行添加箭头,如<-----------。所有箭头都应该朝左,因为必须先计算特定数据所基于的所有数据,然后再向左移动以计算该特定数据。

如果数据a基于数据b,那么数据c和数据d又可能基于其他一些数据。然后先计算b c d,然后才计算a。所以a在这条线的左边其他的都在右边。从b c d有3条线到达a。

这个图表有一些属性:

NO data will violate the relationship it has with all other data control flow or the order doesn't matter, of course b, c and d should be calculated before a but there is no preference between b, c and d i.e. it doesn't matter which one of these 3 is calculated first (commutative) a is only based upon b, c and d and no one else. Hence, it doesn't matter how many times the relationship operation that calculates a using b, c and d is executed, same a should be achieved (idempotent). a is the end result of the relationship operation here. Basically, everyone who is affecting a should have a line pointing to a.

这些关系(线)就像函数(数学函数而不是编程函数)。毫无疑问,函数式编程在学术界很有名。纯函数(在我们的编程中,因此不是粗体)就像函数(在数学中,因此是粗体)。

到目前为止,声明性可能听起来像PURE和IMMUTABLE(通常用于函数式编程),如果是GOOD,如果不是GREAT。因为这不是这里的目的,这是从这个模式中自动出现的。

如果你的一段代码可以转换成这个图表,那么它就是完全声明性的,否则,它就在尺度上的其他地方。

说明性很接近数学。

现在让我们放大这些关系(行),看看在程序执行期间计算机内部发生了什么。

命令式进来了。这就是底层工作完成的地方。在命令式中,你会一步一步地提到“如何”完成它,你知道这一系列步骤将在一个数据(输入b c d)和另一个数据(输出a)之间创建所请求的关系。在这里,你创建变量,改变它们,循环数组和所有其他事情。

命令式接近编程。

我不认为程序是声明式的或命令式的,我更喜欢把它放在最左边是完全声明式的,最右边是完全命令式的。记住,声明式是建立在命令式之上的,因此你看到的任何声明式的东西实际上都是命令式的。一般来说,程序是声明式和命令式的混合。

现在,让我们举两个例子:

第二个例子可以转换成这样的图表:

reduce_r map_r filter_r A <--------- b <--------- c <--------- d

Filter_r(关系):c只是d的偶数 Map_r(关系):b是所有数字乘以10的c Reduce_r (relationship): a是b加起来的所有数字

这应该看起来像数学的复合函数:reduce_r(map_r(filter_r(d)))

在声明中,开发人员的工作是将最终目标(a)分解为有助于实现最终目标的子目标(b, c)。

当然后台程序的映射、缩减和过滤是运行的必要代码。

值得思考的是:如果您需要对map函数做一个假设,从左到右,以使您的代码按预期工作,那么您实际上是在以声明的名义执行命令式操作。

参考资料:purpleidea (James), www.dataops.live, wiki.c2.com


这只是一个实际的例子,说明为什么CSS是声明式的,而JavaScript是命令式的。

假设我们有这个导航栏,用户当前正在查看“探索”选项,所以它被标记为当前选中。

<ul>
  <li class="selected">
    <p>Explore</p>
  </li>
  <li>
    <p>Suggestions</p>
  </li>
</ul>

我们希望当前选择的选项的标题是蓝色的,我们如何实现这与CSS和JavaScript?

CSS

li.selected > p {
  color: blue;
}

李在这里。Selected > p声明了我们想要属性颜色的元素的模式:蓝色;待应用。结果是“探索”用蓝色突出显示,而“建议”没有。注意,我们的代码描述了我们想要发生什么,而不是如何发生。CSS选择器引擎如何找到“探索”?我们不知道,通常也不在乎。

JavaScript

let liElements = document.getElementsByTagName("li")
for (let i = 0; i < liElements.length; i++) {
  if (liElements[i].className === "selected") {
    let children = liElements[i].childNodes
    for (let j = 0; j < children. length; j++) {
      let child = children[j]
      if (child.nodeType === Node.ELEMENT_NODE && child.tagName === "P") {
        child.setAttribute("style", "color: blue")
      }
    } 
  }
}

这段代码要长得多,也更难理解。除此之外,它将蓝色应用于所选选项,但当所选类被删除时,它永远不会取消应用它。蓝色只有在页面重新加载时才会重置。注意,在这段代码中,我们一步一步精确地指定了需要做什么以及如何做。

结论

每种编程范例都有其优点。

CSS(声明)

简洁的 作为程序员,我们不能控制CSS内核如何做我们需要的事情。这给了CSS核心开发人员在任何时候改变CSS选择器实现的机会。为什么CSS核心需要改变?也许,CSS开发人员找到了一种更快的方法来应用属性。

JavaScript(必须)

定制。我们控制代码如何实现目标的所有方面。 适合解决各种各样的问题