Израда софтвера је веома технички и изазован процес који захтева планирање и стратегију да би се формулисао прави начин за решавање проблема коришћењем софтвера.
У том смислу, разматрање програмске парадигме избора пре развоја било ког софтвера је важан корак.
Програмска парадигма је модел или приступ програмирању који пружа карактеристике, обрасце, принципе, правила и стилове дизајнирања, структурирања и писања компјутерских програма.
Примери популарних програмских парадигми укључују објектно оријентисано програмирање (ООП), процедурално програмирање, програмирање вођено догађајима и функционално програмирање, између осталог.
Функционално програмирање, посебно, добија велику пажњу у последње време јер обећава мање грешака код кода који се може поново користити и лак за одржавање. Дакле, шта је функционално програмирање?
Функционално програмирање је потпарадигма парадигме декларативног програмирања. Декларативно програмирање је парадигма која се фокусира на писање кода који описује шта програм треба да ради, а не како програм то треба да уради.
Пример овога се може видети када се поставља упит за податке у СКЛ базама података. Уместо да експлицитно кажете како желите да се то преузме, све што наведете су подаци које желите да преузмете.
Функционално програмирање је само по себи парадигма за изградњу компјутерских програма користећи изразе и чисте функције које се примењују у низу за решавање проблема или постизање жељених резултата.
У функционалном програмирању, целокупна функционалност програма је подељена на вишекратне, чисте функције са једном одговорношћу. Све у програму се дешава коришћењем чистих функција.
Чиста функција је детерминистичка функција која ће, када се дају исте улазне вредности, вратити исти излаз и неће утицати на друге делове апликације.
Резултат чисте функције се стога ослања искључиво на њен унос, а не на глобалну променљиву у апликацији која може да промени резултате функције.
Ове чисте функције примају улаз, обрађују их локално и производе излаз без мењања било ког другог дела програма.
Функционално програмирање користи непроменљиве податке, то јест податке који се не могу променити када су направљени, а такође избегава дељена стања, где истим подацима могу приступити и мењати их различити делови програма.
Пошто се функционално програмирање у великој мери ослања на функције, функције се називају грађанима прве класе, што значи да могу бити прослеђене као аргумент, сачуване у променљивој и такође враћене из друге функције.
Поред тога, функционално програмирање се у великој мери ослања на израз уместо на исказе и на тај начин избегава наредбе петље као што су фор и вхиле. Ово је урађено да би логика програма била лака за праћење и отклањање грешака.
Преглед садржаја
Типови функционалних програмских језика
Постоје два главна типа функционалних програмских језика. Ови укључују:
- Чисто функционални језици – Ово су програмски језици који подржавају, спроводе и промовишу употребу функционалних парадигми као што су коришћење првокласних чистих функција, непроменљивост стања и података и функције које немају споредне ефекте на друге делове програма. Примери чисто функционалних језика укључују Хаскелл, Агда, Цлеан, Идрис, Футхарк и Елм, између осталих.
- Нечисти функционални језици – То су језици који имају подршку за парадигме функционалног програмирања, али такође дозвољавају употребу нечистих функција, мутације стања програма и операције које имају споредне ефекте. Примери нечистих функционалних језика укључују Јавасцрипт, Руст, Ерланг, Питхон, Руби, Јава, Котлин и Цлојуре, између осталих.
Програмери користе и чисто функционалне и нечисте функционалне језике. Међутим, прелазак на чисто функционални језик може одузети много времена и труда ако никада раније нисте користили функционално програмирање.
Функционални програмски језици и библиотеке
Неки популарни функционални програмски језици и библиотеке укључују:
#1. Хаскелл
Хаскелл је статички откуцани, лењи, чисто функционални програмски језик који се сматра оличењем парадигме функционалног програмирања.
Поред закључивања типа, језик нуди подршку за лењу евалуацију, где се изрази процењују само када су њихови резултати потребни. Хаскелл такође нуди подршку за истовремено програмирање, а његова компилација долази са сакупљачем смећа високих перформанси и лаганом библиотеком истовремености.
Својом употребом и стриктним придржавањем принципа функционалног програмирања, Хаскелл може олакшати изградњу сложених софтверских система и лако их одржавати.
Међу многим играчима у индустрији, Хаскелл је језик који се користи приликом изградње самосталних система или језика специфичних за домен. Такође има широку употребу у академији и истраживању. Неке компаније које користе Хаскелл укључују Мицрософт, Гитхуб, Хасура и Луми, између многих других.
#2. Рамда
Рамда је функционална програмска библиотека за ЈаваСцрипт језик. Рамда олакшава изградњу сложене логике кроз функционалну композицију и обезбеђује скуп корисних функција које подстичу и подржавају употребу принципа функционалног програмирања у ЈаваСцрипт-у.
Рамда такође пружа једноставан начин за коришћење непроменљивих објеката и функција без нежељених ефеката, који су кључни концепти у функционалном програмирању.
Пошто ЈаваСцрипт није чисто функционалан програмски језик као што је Хаскелл, коришћењем библиотеке као што је Рамда, можете да користите функционално програмирање и искористите предности функционалног програмирања док користите ЈаваСцрипт.
#3. Еликсир
Еликир је истовремени, функционални програмски језик опште намене који је дизајниран да буде скалабилан, лак за одржавање и отпоран на грешке. Језик је 2011. године креирао Јосе Валим, ради на виртуелној машини БЕАМ, а користе га компаније као што су Хероку, Дисцорд, цханге.орг и Дуффел, између осталих.
Будући да је функционални програмски језик, Еликир подстиче непроменљивост стања и података, коришћење чистих функција приликом писања кода и трансформацију података.
Кључни концепти у функционалном програмирању
#1. Пуре Фунцтионс
Функционално програмирање у великој мери користи чисте функције. Чисте функције имају две главне карактеристике. Прво, они производе исти излаз за исти инпут без обзира на било какве спољне факторе, што их чини детерминистичким по природи и стога предвидивим.
Друго, чисте функције немају нежељене ефекте. Односно, ни на који начин не модификују спољашње окружење ван свог делокруга.
Неки примери чистих функција укључују:
//function to calculate the square of a number
function square(x) {
return x * x;
}
//function to add two variables
function add(a, b) {
return a + b
}
Горе наведене функције враћају исти излаз за исте улазе и немају никакве нуспојаве ван свог делокруга.
#2. Непроменљивост
У функционалном програмирању, подаци који се користе су непроменљиви. То значи да када су променљиве иницијализоване, оне се не могу мењати. Ово обезбеђује очување стања променљиве током целог програма.
У случају да желите да извршите било какву модификацију променљиве или извршите операцију на њој, можете да креирате нову променљиву за чување ажурираних података без промене почетне променљиве.
#3. Функције вишег реда
Функције вишег реда су функције које прихватају једну или више функција као аргументе и/или враћају функцију.
Функције вишег реда су корисне у функционалном програмирању јер омогућавају комбиновање више функција за креирање нових функција, дозвољавају употребу повратних позива, дозвољавају апстракцију уобичајених образаца у функције које се могу поново користити, и коначно, функције вишег реда омогућавају писање сажетијег и експресивни код.
Пример функције вишег реда је приказан у наставку:
// A higher-order function which returns a function that multiplies
// a number by a given factor
function multiplier(factor) {
return function (number) {
return number * factor;
}
}
const double = multiplier(2);
const triple = multiplier(3);
const quadruple = multiplier(4);
console.log(double(5)); // Output: 10
console.log(triple(5)); // Output: 15
console.log(quadruple(5)); // Output: 20
#4. Рекурзија
Пошто се функционално програмирање ослања на изразе уместо на исказе, у овој парадигми избегавају се изрази тока контроле као што су фор и вхиле петље. Ови изрази петље се, заузврат, замењују помоћу рекурзије, што се користи за извођење итерација у функционалном програмирању.
Рекурзија укључује функцију која сама себе позива све док се не испуни услов за излазак. Користећи рекурзију, сложени проблем се разлаже на мање, једноставније подпроблеме који се затим решавају рекурзивно док се не постигне основни случај, пружајући решење за већи сложени проблем.
#5. Декларативно програмирање
Функционално програмирање је подпарадигма у широј парадигми декларативног програмирања која обухвата програмске парадигме које се фокусирају на писање кода у смислу онога што треба да се уради уместо да се експлицитно наводи како се то ради.
У том смислу, када користите парадигму функционалног програмирања, ваш код треба да опише шта треба постићи или проблем који треба решити.
Како ће се то постићи зависи од програмског језика који користите. Ово помаже у писању сажетијег и лакше читљивог кода.
#6. без држављанства
Функционално програмирање наглашава код без стања, где код не одржава глобално стање које се може модификовати функцијама. Исходи функција се искључиво ослањају на прослеђени улаз и не могу на њих утицати зависности од других делова кода.
Коришћене функције не могу да модификују стање или променљиву у програму који су изван његовог делокруга.
#7. Паралелно извршење
Пошто функционално програмирање користи непроменљива стања, користи чисте функције и непроменљиве податке, оно омогућава паралелно извршавање вишеструких прорачуна истовремено.
Пошто свака функција мора да се бави само датим уносом без бриге о томе да ће изазвати нежељене ефекте других делова програма, сложени проблеми се могу разбити на мање подпроблеме и извршавати истовремено паралелно, што омогућава побољшане перформансе и ефикасност.
Предности функционалног програмирања
Неке од предности функционалног програмирања укључују:
Мање софтверских грешака
Поред чињенице да је код који имплементира парадигму функционалног програмирања читљивији и лакши за разумевање због употребе чистих функција, функционално програмирање омогућава писање кода са мање грешака.
Пошто функционално програмирање функционише са непроменљивим стањима, никада нећете имати неколико делова програма који мењају стање променљиве или целог програма. Ово, заузврат, доводи до мањег броја грешака које су могле настати услед модификовања података из више области због заједничких стања.
Побољшава читљивост кода
Функционално програмирање је потпарадигма декларативне парадигме, која наглашава писање кода који описује шта треба да се уради, а не како се то ради. Ово, заједно са употребом чистих функција, резултира кодом који је сам по себи разумљив, лакши за читање и разумевање и лак за одржавање.
Побољшајте поновну употребу кода
Имплементација функционалног програмирања захтева разбијање сложених проблема на мање подпроблеме и решавање ових проблема коришћењем чистих функција. Ове функције се лако могу саставити и поново користити за решавање других сложених проблема. Коришћењем чистих функција и непроменљивих стања, функционално програмирање омогућава писање кода који се може поново користити.
Лакше тестирање и отклањање грешака
Функционално програмирање користи чисте функције које немају споредне ефекте, само зависе од њихових улаза и производе конзистентне детерминистичке излазе за исти скуп улаза.
Ово чини функционално програмирање инхерентно лаким за тестирање и отклањање грешака јер не морате да пратите променљиву и како се она мења у различитим деловима програма.
Пошто у функционалном програмирању нема зависности, отклањање грешака и тестирање постају лакши јер можете циљати одређене делове програма.
Подржава истовременост и паралелизам
Пошто функционално програмирање подстиче апатридност и непроменљивост података, омогућава безбедно извршавање више чистих функција паралелно или истовремено. Могућност паралелног покретања више операција доводи до бољих брзина обраде и бољег коришћења процесора са више језгара.
Као програмска парадигма, функционално програмирање може помоћи у писању читљивијег и лакше разумљивог кода са мање грешака и одличном подршком за паралелизам омогућавајући ефикасну употребу вишејезгарних процесора. Функционално програмирање омогућава изградњу софтверских система који су поузданији и лакши за скалирање.
Ограничења функционалног програмирања
Иако функционално програмирање има много тога да понуди, долази са кривом учења која захтева од програмера да уложе много времена и труда у учење како да користе парадигму. То је зато што уводи нове начине структурирања кода и нове концепте програмирања.
Кодирање коришћењем функционалног програмирања може бити изузетно сложено и тешко јер не користи интуитивније функције као што су фор и вхиле петље. Рекурзивно писање програма није лако.
Као резултат тога, програмерима може бити потребно више да савладају функционално програмирање, посебно када долазе из језика који користе променљива стања, као што је објектно оријентисано програмирање.
Још једно ограничење функционалног програмирања произилази из његовог основног принципа непроменљивости. Пошто су подаци и стања променљиви, а нове структуре података се креирају уместо да се мењају постојеће, ово резултира функционалним програмирањем које користи више простора за складиштење. Непроменљива природа функционалног програмирања такође може резултирати лошијим перформансама у апликацијама.
Закључак
Иако функционално програмирање постоји већ дуго времена, оно је постало трендовска парадигма у последње време. Колико год то могло бити тешко схватити, програмери ће имати огромне користи од учења о парадигми и различитим начинима на које могу да имплементирају функционално програмирање приликом писања програма.
Пошто не морате да користите чисто функционалне програмске језике као што је Хаскелл, можете имплементирати концепте функционалног програмирања у језицима као што су Јавасцрипт, Јава, Питхон и Котлин и искористити предности функционалног програмирања у својим пројектима.
Такође можете истражити неке ресурсе да научите Питхон за почетнике.