Программирование в функциональном стиле фокусируется на чистых математических функциях, неизменяемых данных, логическом потоке и строгой типизации данных. Функциональные языки программирования противоположны объектно-ориентированным языкам, которые фокусируются на изменяемых данных и изменяемых состояниях.
Функциональные языки программирования есть везде, и подавляющее большинство Интернета использует их. Фактически, сейчас я использую функциональный язык программирования, чтобы напечатать эту статью.
Изучение языка функционального программирования и знание его преимуществ и недостатков полезно для любого, кто занимается компьютерами или программированием.
Давайте определим эту парадигму программирования (и парадигмы в целом), а затем рассмотрим некоторые плюсы и минусы функционального программирования.
Что такое парадигма программирования?
Поскольку компьютеры по своей сути являются машинами, нам нужен хороший способ связи с ними. Однако, чем больше мы абстрагируемся от единиц и нулей, тем более специализированным становится язык. Вот почему у нас так много языков высокого уровня, потому что все они работают по-разному и хорошо подходят для разных задач.
Войдите в парадигму программирования, которая представляет собой способ категоризации языков программирования по их центральной теории или методологии обработки данных. Языки подходят для парадигмы, имея ряд определяющих принципов. Существует множество парадигм программирования, многие из которых пересекаются или содержат другие парадигмы. Две основные парадигмы — функциональная и объектно-ориентированная, но существует гораздо больше способов обработки данных, не рассматриваемых этими двумя парадигмами.
Что такое функциональное программирование?
Функциональное программирование — одна из двух наиболее известных парадигм программирования, другой — объектно-ориентированное программирование. Короче говоря, функциональное программирование фокусируется на чистых математических функциях и неизменяемых данных, то есть данных, которые нельзя изменить после их создания. У него нет состояния, что означает, что единственное, что изменяется в функциональной программе, — это ввод.
Поскольку у объектов нет изменяющихся состояний, в функциональном программировании вы можете концептуально изменить порядок кода и при этом получить тот же результат. Это, как если бы вы умножали восемь чисел вместе, неважно, в каком порядке вы их умножаете, вы всё равно получите тот же результат.
В этом смысле функциональное программирование — это поток. Входные данные находятся наверху, а результаты выпадают снизу. Это контрастирует с объектно-ориентированным программированием. Которое больше похоже на изменяющийся конечный автомат с уникальными и изменяемыми объектами.
Функциональное программирование подпадает под зонтик парадигмы императивного программирования, противоположной декларативному программированию, в котором находится объектно-ориентированное программирование.
Функциональное программирование существует немного дольше, чем объектно-ориентированное программирование, ещё со времён машины Тьюринга. За последние пару поколений он пережил спад, но в последнее время довольно быстро вернулся в JavaScript, который не зависит от парадигм, но считается более функциональным языком, чем объектно-ориентированный.
Определение принципов функционального программирования
Функциональное программирование основывается на нескольких определяющих принципах, на которых также опираются все языки, поддерживающие эту методологию. Они есть:
- Чистые функции — функциональное программирование использует чистые функции. Это функции, которые не изменяются, дают надёжные результаты и всегда дают одинаковый результат для одного и того же ввода. Они не вызывают неожиданных результатов или побочных эффектов и абсолютно предсказуемы независимо от внешнего кода.
- Неизменяемость — это принцип, согласно которому после того, как вы установили значение для чего-либо, это значение не изменится. Это устраняет побочные эффекты или неожиданные результаты, поскольку программа не зависит от состояния. Таким образом, функции всегда работают одинаково при каждом запуске; это чистые функции.
- Дисциплинированное состояние — новые ценности могут быть созданы, поэтому есть некоторые состояния, которые могут измениться в этом смысле, но это глубоко контролируемый процесс. Функциональное программирование стремится избежать общего состояния и изменчивости. Если состояние жёстко контролируется, его легче масштабировать и отлаживать, и вы получаете менее неожиданные результаты.
- Ссылочная прозрачность — этот принцип основан на сочетании чистых функций и неизменности. Поскольку наши функции чисты и предсказуемы, мы можем использовать их для замены переменных и, следовательно, уменьшить количество выполняемых назначений. Если результат функции будет равен переменной, поскольку наши результаты предсказуемы, мы можем просто заменить переменную этой функцией.
- Функции первого класса — этот принцип прост. Функциональное программирование очень высоко ценит определённые функции, функции первого класса. Следовательно, он поддерживает передачу целых функций между собой так же легко, как другие языки с переменными. Эти функции можно рассматривать как значения или данные в функциональном программировании.
- Системы типов — поскольку функциональное программирование так сосредоточено на точности и предотвращении ошибок. Наличие статически типизированной системы имеет смысл. Это необходимо для того, чтобы убедиться, что каждый тип данных назначен правильно, строки — это строки, а числа с плавающей запятой — это числа с плавающей запятой, и предотвращает использование непредсказуемых переменных.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Лучший язык для веб-разработки.
Плюсы и минусы функционального программирования
Как и все парадигмы программирования, функциональное программирование имеет свои преимущества и недостатки. Давайте посмотрим на них, чтобы выяснить, как лучше всего использовать функциональное программирование.
Плюсы
- Читаемость — поскольку мы сохранили почти всё на функциональном уровне, наш код легко читается. Вы получаете то, что видите, состояния не меняются неожиданно, и большая часть данных неизменна. Нет необходимости искать то, что контролирует наши переменные, или выдавать странную ошибку, или изменять наш код из других функций. Перед нами весь наш код с функциональным программированием.
- Стабильность — поскольку мы так строго контролировали наш код, у него нет свободных концов, диких или ошибочных переменных и никаких побочных эффектов. Всё обычно происходит по плану, потому что так разработан код. Функциональное программирование не является непредсказуемым конечным автоматом, в котором слишком много движущихся частей, чтобы их отслеживать или полностью понимать. Функциональное программирование больше похоже на отскакивание данных статических объектов по мере их продвижения вниз по течению.
- Легче построить — поскольку функциональное программирование настолько стабильно, что его легко продолжать строить, полагаясь на безопасность вашего фундамента. А также легче достичь высоких уровней абстракции с функциями на функциях, что позволяет аккуратно убрать большую часть вашего более обычного кода. Такого как итерационные программы и код, и делает код более коротким и стабильным.
- Легче отлаживать — поскольку код читается, поток данных имеет чёткий путь через код, а наши функции святы и чисты, отладка намного проще. Вы будете тратить меньше времени на поиск ошибочных ошибок, побочных эффектов и непредсказуемых состояний, если нет состояний или изменчивости.
- Сосредоточьтесь на том, что, а не на том, как — Функциональное программирование подпадает под декларативную зонтичную парадигму, что означает, что при программировании основное внимание уделяется тому, что вы хотите, а функции позаботятся о том, как.
Минусы
- Менее читабельный — по некоторым из тех же причин функциональное программирование может быть легко читаемым, оно также может быть трудным для чтения. Многие функции функционального программирования могут быть легко использованы для создания неустойчивых башен абстракции, где короткая строка может содержать тома, и нужно копаться в куче функций, чтобы найти то, что она действительно делает.
- Трудно научиться — функциональное программирование более академично и строго, чем объектно-ориентированное программирование. Это также требует лучшего понимания алгебры, лямбда-исчисления и теории категорий, на которые он в значительной степени полагается. Существуют менее доступные учебные материалы по функциональному программированию, а функциональное программирование требует другой логики, чем мы обычно привыкли.
- Трудно использовать — сложно придерживаться вышеуказанных принципов, особенно когда наличие изменяемых состояний значительно упрощает программирование. Функциональное программирование часто требует долгого пути, поэтому написать отдельную функцию легко, а создать полную программу — сложно.
- Производительность — использование большого количества неизменяемых значений означает использование большего количества памяти или большей вычислительной мощности. Потому что для изменения значения необходимо либо создать новую часть информации, либо запускать функцию для получения результата каждый раз, когда она вызывается.
- Ввод / вывод — ввод-вывод полагается на побочные эффекты, которых разработано функциональное программирование, чтобы избежать их. Хотя ввод-вывод можно интегрировать в функциональные программы, он по своей природе идёт вразрез с потоком и требует особого внимания.
Функциональные языки программирования
Функциональное программирование намного старше объектно-ориентированного программирования, и в последние годы оно немного вернулось. Это возвращение в основном связано с языками из этого списка.
- JavaScript. Хотя JavaScript не является чисто функциональным языком, у него есть много функций функционального программирования. Из-за этого программисты чаще, чем раньше, используют функциональное программирование на JavaScript, потому что оно может быть более полезным и стабильным в определённых сценариях по сравнению с объектно-ориентированными языками.
- Clojure — это не совсем то, что нарицательное имя JavaScript, но это надёжный функциональный язык программирования, построенный на основе Lsip, который существует с 1950-х годов. Это означает, что он функционален до самого основания. Он работает на платформе Java и скомпилирован в байт-код JVM.
- Haskell — ещё один чисто функциональный язык, разработанный для решения реальных, а не академических задач. Он не так стар, как Lisp, он был создан в 1990-х годах. Он использовался для нескольких популярных проектов, таких как оконный менеджер Xmonad.
Хотя функциональное программирование занимает более особое место по сравнению с объектно-ориентированными языками. Его рост популярности означает потребность в более функциональных программистах в области, где их очень мало. Изучение функционального программирования приведёт вас к уникальному рынку вакансий, который сам по себе является полезным и приятным.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
