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JavaScript 语言精髓与编程实践（第 2 版）

JavaScript 的非函数式语言特性

术语“命令式”（imperative）来自于命令和动作，这种计算模型就是基于基

础机器的一系列动作。

——《程序设计语言概念和结构》，Ravi Sethi

3.1 概述

源于对计算过程的认识的不同而产生了不同的计算模型，基于这些计算模型进行的

分类，是计算机语言的主要分类方式之一。在这种分类法中，一般将语言分为四大类：

命令式语言、函数式语言、逻辑式语言和面向对象程序设计语言。

本节将首先讨论程序的本质，并从这个本质出发，以另一种分类法对程序语言做出

分类：命令式语言和说明式语言。本章将基于该分类法讨论 JavaScript 的非函数式语言特

性，有关内容组织见表 3-1。

表 3-1 基于程序本质的分类

分类子类章节

冯·诺依曼（结构化编程）第 3.2 节

命令式

面向对象（面向对象编程）第 3.3～3.4 节

函数式第 4 章

说明式

（其他）

CHAPTER

第

章

第 3 章 JavaScript 的非函数式语言特性

JavaScript 语言精髓与编程实践（第 2 版）

118

3.1.1 命令式语言与结构化编程

“命令式”这个词事实上过于学术化。简单地说，我们常见的编程语言，从“低级

的”汇编语言到“高级的”C++，以及我们常用的 Basic、Pascal 之类都是命令式语言。

命令式语言的演化分为“结构化编程”和“面向对象编程”两个阶段。无论是从语

言定义还是从数据抽象的发展来看，面向对象编程都是结构化编程的自然延伸。

结构化程序设计语言中，对结构的解释包括三个部分：程序的控制结构、组织结构

和数据结构。所谓控制结构，即是顺序、分支和循环这三种基本程序逻辑；所谓组织结

构，即是指表达式、语句行、语句块、过程、单元、包等；所谓数据结构，包括基本数

据结构和复合数据结构，且复合数据结构必然由基本数据结构按复合规则构成。

整个命令式语言的发展历程，都与“冯·诺依曼”计算机系统存在直接关系。这种

计算机系统以“存储”和“处理”为核心，而在编程语言中，前者被抽象成“内存”，

后者被抽象成“运算（指令或语句）”。所以，命令式语言的核心就在于“通过运算去改

变内存（中的数据）”。我们应该注意到：软件程序与硬件系统在本质上就存在如此亲密

的关系。

那么命令式语言与结构化编程在概念上有多大的相关性呢？事实上它们并不是同一

层面上的概念，前者讲的是运算范型（表达为语言），后者讲的是一种程序设计与开发的

方法。因此在结构化编程的整个知识域中，其实仅有“数据结构”与“命令式语言（这

一编程范型）”在同一层面上。而所谓“数据结构”，即是命令式语言所关注的“存储”。

由于命令式语言的实质是面向存储的编程，所以这一类语言比其他语言更加关注存

储的方式。在程序设计的经典法则“算法+数据结构=程序”中，命令式语言是首先关注

“结构”的，这里特指“数据结构（或类型系统）”。表 3-2 说明在 Intel 计算机体系中“数

据结构”上的简单抽象。

表 3-2 “数据结构”上的简单抽象

自然语义机器系统编程系统语言/类型系统

基本数据单元 16/32/64 位系统位、字节、字、双字 Bit、byte、word、dword...

连续数据块连续存储块

数组、字符串、结构体

（*注 1）

array、string、struct...

有关系的数据片断存储地址指针、结构、引用 pointer、tree...

*注 1：C 语言中的“结构”类型在 Pascal 中称为“记录（record）”。为了避免与本章中所述的“算法+（数

据）结构”的结构混淆，在后文中，编程语言中的“结构”称为“结构体”。而“结构”一词，通常用来表达概

念上的“数据结构（或类型系统）”。

3.1 概述

JavaScript 语言精髓与编程实践（第 2 版）

119

命令式语言在运算上也基于上述的“存储结构”来进行算法设计。例如表检索，通

常认为是在一个“连续数据块”中找到指定的、一个“基本数据单元”中的值。例如：

/**

* programming language: javascript

* params:

* - key, a value. etc, type of byte

* - table, a array. etc, type of byteArray.

function SearchInTable(key, table) {

for (var i=0; i<table.length; i++) {

if (table[i] == key) return true;

}

return false;

}

基于上例的基本需求和数据结构的设定，推论出“有序表检索效率更高”，并进一步

提出有表排序的相关算法（例如冒泡排序），设计出“二分法查找”等有序表检索算法。

再后来，算法从“对原始数据排序”进化到“对数据映射排序”，从而有了更快速的“Hash

排序”与“Hash 检索”。海量数据处理的原始模型才由此逐渐形成。而所有这些算法的

原始基础，仍旧是表 3-2 中对“数据表现形式”的设定。

像 Frederick P. Brooks 和 Jr.这样的先驱们，很早就意识到“算法+数据结构=程序”

的价值。Brooks 就在《人月神话》中指出“数据的表现形式是编程的根本”。正是大师们

在“数据的结构”上的不懈努力，成就了 C/Pascal 这样的结构化编程语言

，Windows、

Linux/UNIX 这些伟大的操作系统，以及 Oracle、MS SQL Server 等这些数据库系统

。

然而，从基于 x86 系统的汇编语言，到代表近三十年来“高级语言”发展史的 C、

Pascal、Basic，以及在关系数据库方面独领风骚的 SQL……所有这些在通用软件开发领

域耳熟能详的编程语言，都困守在“冯·诺依曼”体系之中，无数的经典语言与编程大

师谨遵“程序=算法+结构”这句断言，而从未在本质上出现过任何的突破。

在另一种分类体系中，SQL 被归类为“第四代程序设计语言（Fourth－Generation

Language，4GL）”。在该分类体系中，还包括机器语言（1GL）、汇编语言（2GL）、高

级语言（3GL），以及图形化程序设计语言（5GL）。这是一种较为笼统的以语言演化的次序、

功用及实现方式来分类的方法。

结构化程序设计中的“结构”并不是语言概念中的“结构类型（struct）”，二者没有必然的联系。结构化分析方法的要

点是根据数据的处理过程，自顶向下地分解系统模块。这一分析、设计的过程被称为结构化，它的产物是模块（module）、

过程（procedure）等之间的交互与接口，而不是一个具体的数据结构。从软件开发过程来讲，编程语言中的数据类型

（包括结构体等），来自于上述分析、设计阶段的数据建模。

结构化程序设计绝不是“数据结构”一言可概之的，但这里我们重在强调语言特性，而非编程方法的历史与演进。

第 3 章 JavaScript 的非函数式语言特性

JavaScript 语言精髓与编程实践（第 2 版）

120

3.1.2 结构化的疑难

在命令式语言发展上的所有努力，最终都必然面临的问题是“如何抽象数据存储”。

我们知道，在结构化编程时代，解决这个问题的是“结构体（结构类型）”。但是一方面，

结构体在数据表达上过度的弹性带来了编程设计中的不规范情况，因此事实上在结构化

编程时代，除了关系型数据库之外，并没有什么一致的、规范化的编程模型出现。另一

方面，结构体根本上是面向机器世界的“存储描述”，因此它的抽象层次明显过低。

抽象层次过低带来的问题至少包括三个方面。

其一，结构体与实体直接相关，并且将这种相关性直接呈现在使用者的面前，因此

开发人员必须面临数据的具体含义与关系。

在命令式语言中，变量（数据）的作用域首先按冯·诺依曼体系分为数据域与代码

域，然后根据编译器的约定，分为局部域、单元域与全局域。一些编译器也约定了“块”

级别的作用域，例如 C 语言中的线程锁机制。

然而，结构体本身并不具有隐藏数据域的特性，它只是忠实地反映程序系统与实际

应用环境的映射关系。例如一个对房间的描述：

(**

* programming language: pascal

TRoom = record

bed: integer;

desk: integer;

chair: integer;

lamp: integer;

window: integer;

people: integer;

// reserved : array [0..300] of byte;

end;

我们假设将

TRoom

这个结构体应用于一个实际系统中：对于工程辅助设计（CAD）

系统来说，

people

成员显然是多余的；而对于实境系统（例如导游）来说，

people

又是

主要的成员，其他的则可能由另一个封闭的子系统处理。因此，很直接的问题是，对于

更复杂的系统来说，需要更多的、更复杂的“实体与成员”的包含或封装关系。换而言

之，数据对于不同的子系统、结构体和逻辑代码来说，应该存在不同的可见性。

在结构化时代，处理这个问题的方法是在 SDK 中约定“带下划线（_）前缀的成员

是保留的”，或者直接隐匿掉这些成员的名字，并从文档中彻底清除它们（如上例中的

reserved

成员）。这些做法，除了激发程序员们探索不止的欲望，以最终写出《某某系

统未公开文档技术大全》之类的著作之外，并未解决根本问题。

其二，结构体的抽象更面向于数据存储形式的表达和算法实现的方式，脱离了具体

3.1 概述

JavaScript 语言精髓与编程实践（第 2 版）

121

使用环境，算法的结构也缺乏通用性。

这其实是一个非常致命的问题。因为大多数情况下，结构一旦设定，算法也就确定

了。例如对 zip 文件的文件头的描述：

/**

* programming language: pascal

TCommonFileHeader = packed record

VersionNeededToExtract: WORD; // 2 bytes

GeneralPurposeBitFlag: WORD; // 2 bytes

CompressionMethod: WORD; // 2 bytes

LastModFileTimeDate: DWORD; // 4 bytes

Crc32: DWORD; // 4 bytes

CompressedSize: DWORD; // 4 bytes

UncompressedSize: DWORD; // 4 bytes

FilenameLength: WORD; // 2 bytes

ExtraFieldLength: WORD; // 2 bytes

end;

TLocalFile = packed record

LocalFileHeaderSignature: DWORD; // 4 bytes (0x04034b50)

CommonFileHeader: TCommonFileHeader; // 26 bytes

filename: AnsiString; // variable size

extrafield: AnsiString; // variable size

CompressedData: AnsiString; // variable size

end;

这个结构体的设计中，

TLocalFile

是作为文件头被写入 zip 文件的每一个子文件的

压缩数据的头部的，其中前 30 个字节可以作为一个完整的数据块直接保存。但是，

TCommonFileHeader

的设计中，

Crc32

和

CompressedSize

这两个成员却需要在完成数据

压缩之后才能写入。也就是说，在做 zip 压缩文件时，要在添加完一个文件的压缩数据

后，将文件读写指针移回到这个位置来重写这两个值。

结构的设计就决定了算法的实现，这已然是很明显的事。现在所有的 zip 文件都以

这种方式标识着子文件，因此我们已经没有任何办法来修改算法，使结构被重用到新的

算法，或者使其他算法被应用到这个旧的结构中。

结构体的设计直接面向存储，正是这种过低的抽象层次使重用性大大地降低。程序、

系统和开发人员被约束在结构的设计与调整之上，而不是关注于现实系统的实现之上。

其三，僵化的类型与僵化的逻辑并存，影响了业务逻辑的表达。

现实生活中，人们并不关心“关注对象”的类型，而只关注于具体的逻辑。例如人

们在饥饿时只关注“吃”，并不关注于吃的是什么。

在一个子系统的逻辑产生时，子系统事实上只关注逻辑作用于一个该作用的对象，

而并不关注这个对象的构造（如类型）。例如财务人员面对手中的一堆票据，他只关心这

些票据的总金额是多少，因此“求总计”的子系统最直接的实现方法就应当类似于“财

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