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. 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.
Функциональное программирование включает в себя только ту информацию, которая вам нужна. Таким образом, функциональная программа не будет включать повторяющиеся значения в качестве входных. Язык функционального программирования Haskell был основой и прекрасным примером этой концепции. Этот процесс позволяет просмотреть структуру данных заново, если нет зависимостей.
Однако, если вы знакомы с понятиями JavaScript, вы можете легко разобраться в понятиях функционального программирования с помощью реального программного обеспечения. В языке Си указатели на функцию в качестве типов аргументов могут быть использованы для создания функций высшего порядка. Функции высшего порядка и отложенная списковая структура реализованы в библиотеках C++. В языках Java версии 8 и выше и в C# версии three.0 и выше можно использовать λ-функции для написания программы в функциональном стиле. Когда вы используете чистые функции при генерации результатов, вы обнаружите, что внешние значения не влияют на выходные данные. Поэтому разработчики используют функциональное программирование для разработки алгоритмов.
Рекурсивные функции можно обобщить с помощью функций высших порядков, используя, например, катаморфизм и анаморфизм (или «свёртка» и «развёртка»)[16]. Функции такого рода играют роль такого понятия как цикл в императивных языках программирования[17]. Может показаться, что я “натягиваю сову на глобус”, выставляя декларативное функциональное программирование js программирование святым граалем. Этот полу-магический эффект, «если скомпилировалось, значит работает», замечают практически все, кто изучает ФП. Еще одно требование к функциям в функциональном программировании — относительная прозрачность. Это понятие может быть сложным для понимания, но мы постараемся его объяснить.
Языки Функционального Программирования[править]
Практически каждый программист первым делом изучал объектно-ориентированную методологию разработок. Обычно вхождение в эту специальность предполагает знакомство с языками Java или C++, а в лучшем случае Ruby, Python или C#. Такой разработчик уже точно будет иметь представление о классах, объектах и т.д. Но вот основы функционального программирования, скорее всего, ему еще не будут знакомы. Эта парадигма существенно отличается не только от объектно-ориентированного подхода, но и от других методологий (процедурная, прототипно-ориентированная и др.).
Иногда непонимание концепций ФП приводит к анекдотичному причислению некоторых ЯП к числу функциональных лишь на том основании, что в них есть функция map(). Разработчики могут искренне https://deveducation.com/ заблуждаться, считая, что они уже освоили ФП. Попытки использовать как-то в работе изученные концепции разбивались о полное непонимание, как применить полученное глубокое знание.
Ваши абстрактные классы и интерфейсы становятся довольно надежными. Вы должны уделять пристальное внимание более крупной архитектуре приложения из-за побочных эффектов и других факторов, которые повлияют на вашу программу (как мы говорили ранее). Дело в том, что функциональное программирование предпочитает крошечные модульные функции, которые выполняют одну часть более крупной задачи! Работа changeGPAs() заключается в обработке массива студентов, а работа changeGPA() — в обработке каждого отдельного студента. Также обратите внимание, что исходный массив не изменяется, потому что мы рассматриваем данные как неизменяемые в функциональном программировании. Неизменяемые данные или состояния не могут изменяться после их определения, что позволяет сохранять постоянство стабильной среды для вывода функций.
И если, к примеру, рантайм видит, что нужно вычислить выражение сложная_функция(1,2)/сложная_функция(1,2), то он просто пишет 1 и даже не вычисляет – потому что нет смысла. В императивном подходе компилятор теоретически может сделать такую оптимизацию, но для этого ему нужно проанализировать функцию и убедиться, что она не имеет побочных эффектов и тому подобное. На выходе будет ошибка, так как в третьем элементе списка присутствует деление на ноль. При нестрогом подходе значением выражения будет four, поскольку для вычисления длины списка значения его элементов, строго говоря, не важны и могут вообще не вычисляться. При строгом (аппликативном) порядке вычисления заранее подсчитываются значения всех аргументов перед вычислением самой функции.
История[править Править Код]
В конечном итоге на основе ML были созданы несколько языков, среди которых наиболее известные Objective Caml и Standard ML. Ещё не полностью функциональные изначальные версии и Лиспа, и APL внесли особый вклад в создание и развитие функционального программирования. Более поздние версии Lisp, такие как Scheme, а также различные варианты APL поддерживали все свойства и концепции функционального языка[3].
- Все функции в функциональном программировании должны быть первого класса и высшего порядка.
- В языке Си указатели на функцию в качестве типов аргументов могут быть использованы для создания функций высшего порядка.
- В нём было понятие «генератора», который использовал функцию в качестве аргумента, а также, поскольку это язык ассемблерного уровня, он может позиционироваться как язык, имеющий функции высшего порядка.
- Но для него такой подход обязателен — вместе с другими особенностями.
- Чистая функциональная программа – это не поток исполнения (control flow), а поток данных (data flow), сопровождаемый монадическими Эффектами (о них чуть позже).
- Суть функциональной парадигмы программирования заключается в том, что разработчик должен задавать не последовательность требуемых команд, а описать принцип их взаимодействия с подпрограммами.
Поэтому многие разработчики придерживаются функционального программирования. Использование таких средств позволяет решить некоторые практические проблемы, но означает отход от идей (и преимуществ) функционального программирования и написание императивных программ на функциональных языках. В чистых функциональных языках эти проблемы решаются другими средствами, например, в языке Haskell ввод-вывод реализован при помощи монад — концепции, позаимствованной из теории категорий.
Известно несколько таких механизмов, однако большинство из них суть разновидности модели типизации Хиндли — Милнера, разработанной в начале 1980-х. Поэтому в большинстве случаев можно не указывать типы функций. Функциональное программирование, как и логическое программирование, нашло большое применение в теории искусственного интеллекта и её приложениях. Поэтому здесь функциональное программирование рассматривается скрупулёзно и со всеми возможными подробностями. Далее в этой лекции описывается история функционального программирования, свойства функциональных языков, решаемые задачи и некоторые справочные сведения. Особенности функционального программирования обеспечивают более высокую чистоту кода и его простую читаемость.
В процессе чего из нее иногда будут «вываливаться» Эффекты, сигнализирующие, что что-то там фактически программой было сделано. Дело в том, что императивная версия программы по поиску клада выполнится корректно только для конкретной начальной точки (хоть метр в сторону – и все было напрасно). А если в процессе варки борща, окажется что нет свеклы, то мало того, что борщ не сварится, так еще и зря пропадут уже порезанные продукты. А при попытке перезапуска процесса варки морковь окажется порезанной дважды. Поэтому основная проблема императивного подхода – большая чувствительность к начальному состоянию и прочим глобальным переменным в процессе исполнения.
ООП уже не может справляться с новыми вызовами и в особенности с соблюдением принципов конкурентности и параллелизма. Стремление внедрить такие критерии в существующие объективно-ориентированные языки приводит к появлению усложнению работы с ними и падению производительности. Используя функциональную модель программирования, нельзя менять переменную после инициализации.
Зачем Нам Функциональное Программирование?
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. Все функции в функциональном программировании должны быть первого класса и высшего порядка. Первая — языки, жестко ориентированные на функциональное программирование. Вторая — так называемые мультипарадигменные языки, то есть такие, на которых можно писать по-разному.
Давайте посмотрим, как добиться чистых неизменяемых функций и функций первого класса в Python, после чего познакомимся с синтаксисом для их композиции. Эти функции могут принимать другие функции в качестве параметров или возвращать функции в качестве вывода. Они делают возможности вызова функций более гибкими и позволяют легче абстрагироваться от действий. Ссылочная прозрачность означает, что любой вывод функции должен допускать замену на ее значение, не изменяя при этом результата программы. Этот принцип гарантирует, что вы создаете такие функции, которые выполняют только одну операцию и достигают согласованного вывода. В функциональном подходе программист пишет “что нужно сделать”, а вот как это делать, решает компилятор или транслятор.
Такой подход обеспечивает функциональный язык с помощью чистых функций. Чистые функции также обеспечивают функции прозрачности в функциональном программировании. Она проводит четкую грань между чистыми и нечистыми функциями для повышения прозрачности функциональных языков программирования, которую вы получите с помощью своих программ. Более того, Вы можете работать с чистыми функциями, используя только пользовательские входы.
Вместо них мы берем метод filter(), который создает новый массив со всеми элементами, прошедшими проверку условия. В завершении на строке 6 мы возвращаем результаты этой композиции функций. Для компоновки функций в Python мы используем вызов lambda function. Это позволяет нам единовременно вызывать любое число аргументов.
С другой стороны, Вы найдете множество входов и выходов с объектно-ориентированными программами. Функциональное программирование не включает в себя никаких промежуточных элементов, и алгоритм будет работать только с Вашей информацией. Это означает, что доступ к данным имеет прямое отношение к Вам и входу, и нет никаких скрытых аспектов. Как правило, интерес к функциональным языкам программирования, особенно чисто функциональным, был скорее научный, нежели коммерческий. Такие широко распространённые декларативные языки как SQL и Lex/Yacc содержат некоторые элементы функционального программирования, например, не используют переменных.
На Других Языках
В каком порядке записаны команды внутри подпрограммы, в том же порядке они и будут выполняться. Функциональное программирование подпадает под зонтик парадигмы императивного программирования, противоположной декларативному программированию, в котором находится объектно-ориентированное программирование. Изучение языка функционального программирования и знание его преимуществ и недостатков полезно для любого, кто занимается компьютерами или программированием. Такой подход хорошо работает, когда границы либо не требуются, либо уже предопределены. Помимо этого, в ФП все переменные финальны и их можно записать только один раз. Программистам не нужно сохранять состояние программы для того, чтобы позже изменить его.
В нём было понятие «генератора», который использовал функцию в качестве аргумента, а также, поскольку это язык ассемблерного уровня, он может позиционироваться как язык, имеющий функции высшего порядка. Однако, в целом IPL акцентирован на использование императивных понятий[8]. Противопоставляется парадигме императивного программирования, которая описывает процесс вычислений как последовательное изменение состояний (в значении, подобном таковому в теории автоматов).
Яркими примерами подобных подпрограмм можно назвать map и filter. Чтобы функция могла считаться первоклассной, должна присутствовать возможность для ее объявления в виде переменной. Благодаря такому условию можно управлять подпрограммой так же, как и обычными типами данных, а, при этом, и исполнять ее. Методы функционального программирования неэффективны для разработки алгоритмов, которые построены на графах.
Функциональные языки программирования противоположны объектно-ориентированным языкам, которые фокусируются на изменяемых данных и изменяемых состояниях. Все потому что он помогает обезопасить программы от несанкционированного доступа. Он скрывает переменные внутри класса и, таким образом, предотвращает доступ извне. Кроме того, в ООП есть возможность использовать модульность (возможность разделения функциональности программы на независимые модули) и управлять общими состояниями кода. Если функциональный язык не поддерживает отложенные вычисления, то он называется строгим. На самом деле, в таких языках порядок вычисления строго определён.