Programarea funcțională explicată în 5 minute [With Examples]

Crearea software-ului este un proces foarte tehnic și provocator care necesită planificare și strategie pentru a formula modalitatea corectă de a rezolva o problemă folosind software-ul.

În acest sens, luarea în considerare a paradigmei de programare de alegere înainte de a dezvolta orice software este un pas important.

O paradigmă de programare este un model sau o abordare a programării care oferă caracteristici, modele, principii, reguli și stiluri de proiectare, structurare și scriere a programelor de calculator.

Exemple de paradigme de programare populare includ programarea orientată pe obiecte (OOP), programarea procedurală, programarea bazată pe evenimente și programarea funcțională, printre altele.

Programarea funcțională, în special, a atras multă atenție în ultima vreme, deoarece promite mai puțin cod cu erori, care este foarte reutilizabil și ușor de întreținut. Deci, ce este programarea funcțională?

Programarea funcțională este o sub-paradigma a paradigmei de programare declarativă. Programarea declarativă este o paradigmă care se concentrează pe scrierea de cod care descrie ce ar trebui să facă un program, mai degrabă decât cum ar trebui să o facă programul.

Un exemplu în acest sens poate fi văzut la interogarea bazelor de date SQL pentru date. În loc să spuneți în mod explicit cum doriți să fie recuperat, tot ceea ce specificați sunt datele pe care doriți să fie recuperate.

Programarea funcțională în sine este o paradigmă pentru construirea de programe de calculator folosind expresii și funcții pure care sunt aplicate în succesiune pentru a rezolva probleme sau pentru a obține rezultatele dorite.

În programarea funcțională, întreaga funcționalitate a unui program este împărțită în funcții pure reutilizabile, cu o singură responsabilitate. Totul în program se întâmplă prin utilizarea funcțiilor pure.

O funcție pură este o funcție deterministă care, atunci când i se primesc aceleași valori de intrare, va returna aceeași ieșire și nu va afecta nicio altă parte a aplicațiilor.

Rezultatul unei funcții pure se bazează astfel doar pe intrarea acesteia și nu pe o variabilă globală din aplicație care poate modifica rezultatele funcției.

Aceste funcții pure primesc intrare, le procesează local și produc o ieșire fără a modifica nicio altă parte a programului.

Programarea funcțională folosește date imuabile, adică date care nu pot fi modificate odată ce au fost create și evită, de asemenea, stările partajate, în care aceleași date pot fi accesate și modificate de diferite părți ale unui program.

Deoarece programarea funcțională se bazează în mare măsură pe funcții, funcțiile sunt denumite cetățeni de primă clasă, ceea ce înseamnă că pot fi transmise ca argument, salvate într-o variabilă și, de asemenea, returnate de la o altă funcție.

În plus, programarea funcțională se bazează în mare măsură pe expresie în loc de instrucțiuni și astfel evită instrucțiunile bucle, cum ar fi for și while. Acest lucru se face pentru a face logica programului ușor de urmărit și de depanat.

Tipuri de limbaje funcționale de programare

Există două tipuri principale de limbaje de programare funcționale. Acestea includ:

• Limbaje pur funcționale – Acestea sunt limbaje de programare care susțin, impun și promovează utilizarea paradigmelor funcționale, cum ar fi utilizarea funcțiilor pure de primă clasă, imuabilitatea stărilor și a datelor și funcțiile care nu au efecte secundare asupra altor părți ale programului. Exemple de limbaje pur funcționale includ Haskell, Agda, Clean, Idris, Futhark și Elm, printre altele.
• Limbaje funcționale impure – Acestea sunt limbaje care au suport pentru paradigmele de programare funcțională, dar permit și utilizarea de funcții impure, mutații ale stării unui program și operații care au efecte secundare. Exemple de limbaje funcționale impure includ, printre altele, Javascript, Rust, Erlang, Python, Ruby, Java, Kotlin și Clojure.

Atât limbaje pur funcționale, cât și limbaje funcționale impure sunt folosite de dezvoltatori. Cu toate acestea, trecerea la un limbaj pur funcțional poate necesita mult timp și efort dacă nu ați mai folosit niciodată programarea funcțională.

Limbaje și biblioteci funcționale de programare

Unele limbaje și biblioteci de programare funcționale populare includ:

#1. Haskell

Haskell este un limbaj de programare tip static, leneș, pur funcțional, care este considerat întruchiparea paradigmei de programare funcțională.

Pe lângă inferența de tip, limbajul oferă suport pentru evaluarea leneșă, în care expresiile sunt evaluate doar atunci când sunt necesare rezultatele lor. Haskell oferă, de asemenea, suport pentru programarea simultană, iar compilarea sa vine cu un colector de gunoi de înaltă performanță și o bibliotecă de concurență ușoară.

Prin utilizarea și respectarea strictă a principiilor de programare funcțională, Haskell poate face construirea de sisteme software complexe mai ușoară și, de asemenea, ușor de întreținut.

Printre mulți jucători din industrie, Haskell este limbajul de bază atunci când construiesc sisteme autonome sau limbaje specifice domeniului. De asemenea, are o utilizare largă în mediul academic și cercetare. Unele companii care folosesc Haskell includ Microsoft, Github, Hasura și Lumi, printre multe altele.

#2. Ramda

Ramda este o bibliotecă de programare funcțională pentru limbajul JavaScript. Ramda simplifică construirea unei logici complexe prin compoziția funcțională și oferă un set de funcții utilitare care încurajează și sprijină utilizarea principiilor de programare funcțională în JavaScript.

Ramda oferă, de asemenea, o modalitate ușoară de a utiliza obiecte și funcții imuabile fără efecte secundare, care sunt concepte cheie în programarea funcțională.

Deoarece JavaScript nu este un limbaj de programare pur funcțional precum Haskell, prin utilizarea unei biblioteci precum Ramda, puteți utiliza programarea funcțională și puteți profita de beneficiile de performanță ale programării funcționale în timp ce utilizați JavaScript.

#3. Elixir

Elixir este un limbaj de programare de uz general, concurent, funcțional, care este conceput pentru a fi scalabil, ușor de întreținut și, de asemenea, tolerant la erori. Limbajul a fost creat în 2011 de Jose Valim, rulează pe mașina virtuală BEAM și este folosit de companii precum Heroku, Discord, change.org și Duffel, printre altele.

Fiind un limbaj de programare funcțional, Elixir încurajează imuabilitatea stărilor și a datelor, utilizarea funcțiilor pure la scrierea codului și transformarea datelor.

Concepte cheie în programarea funcțională

#1. Funcții pure

Programarea funcțională folosește pe scară largă funcțiile pure. Funcțiile pure au două caracteristici principale. În primul rând, produc aceeași ieșire pentru aceeași intrare, indiferent de orice factori externi, făcându-le de natură deterministă și, prin urmare, previzibile.

În al doilea rând, funcțiile pure nu au efecte secundare. Adică nu modifică în niciun fel mediul extern în afara domeniului lor de aplicare.

Câteva exemple de funcții pure includ:

//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
}

Funcțiile de mai sus returnează aceeași ieșire pentru aceleași intrări și nu au efecte secundare în afara domeniului lor de aplicare.

#2. Imuabilitate

În programarea funcțională, datele utilizate sunt imuabile. Aceasta înseamnă că odată ce variabilele au fost inițializate, acestea nu pot fi modificate. Aceasta asigură păstrarea stării unei variabile pe tot parcursul programului.

În cazul în care doriți să modificați variabila sau să efectuați o operație asupra acesteia, puteți crea o nouă variabilă pentru a stoca datele actualizate fără a modifica variabila inițială.

#3. Funcții de ordin superior

Funcțiile de ordin superior sunt funcții care acceptă una sau mai multe funcții ca argumente și/sau returnează o funcție.

Funcțiile de ordin superior sunt utile în programarea funcțională, deoarece permit combinarea mai multor funcții pentru a crea funcții noi, permit utilizarea apelurilor inverse, permit abstracția modelelor comune în funcții reutilizabile și, în cele din urmă, funcțiile de ordin superior permit scrierea unor elemente mai concise și mai concise. cod expresiv.

Un exemplu de funcție de ordin superior este prezentat mai jos:

// 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. Recursiune

Deoarece programarea funcțională se bazează pe expresii în loc de instrucțiuni, instrucțiunile fluxului de control, cum ar fi buclele for și while, sunt evitate în această paradigmă. Aceste instrucțiuni bucle sunt, la rândul lor, înlocuite folosind recursiunea, care este ceea ce este folosit pentru a efectua iterații în programarea funcțională.

Recursiunea implică o funcție care se autoapelează în mod repetat până când este îndeplinită o condiție de ieșire. Folosind recursiunea, o problemă complexă este împărțită în subprobleme mai mici, mai simple, care sunt apoi rezolvate recursiv până când se ajunge la un caz de bază, oferind o soluție pentru problema complexă mai mare.

#5. Programare Declarativă

Programarea funcțională este o sub-paradigma în paradigma mai largă de programare declarativă, care cuprinde paradigmele de programare care se concentrează pe scrierea codului în ceea ce privește ceea ce trebuie făcut, în loc să precizeze în mod explicit cum se face.

În acest sens, atunci când utilizați paradigma de programare funcțională, codul dvs. ar trebui să descrie ceea ce trebuie realizat sau problema care trebuie rezolvată.

Cum se va realiza acest lucru depinde de limbajul de programare pe care îl utilizați. Acest lucru ajută la scrierea unui cod mai concis și ușor de citit.

#6. Fara stare

Programarea funcțională pune accent pe codul apatrid, unde codul nu menține o stare globală care poate fi modificată de funcții. Rezultatele funcțiilor se bazează exclusiv pe intrarea transmisă și nu pot fi influențate de dependențele de alte părți ale codului.

Funcțiile utilizate nu pot modifica o stare sau o variabilă din program care se află în afara domeniului său de aplicare.

#7. Execuție paralelă

Deoarece programarea funcțională folosește stări imuabile, folosește funcții pure și date imuabile, permite executarea paralelă a mai multor calcule simultan.

Deoarece fiecare funcție trebuie să se ocupe doar de o anumită intrare, fără a vă face griji cu privire la efectele secundare din alte părți ale unui program, problemele complexe pot fi împărțite în sub-probleme mai mici și executate simultan în paralel, ceea ce permite o performanță și eficiență îmbunătățite.

Beneficiile programării funcționale

Unele dintre beneficiile programării funcționale includ:

Mai puține erori software

Pe lângă faptul că codul care implementează paradigma de programare funcțională este mai ușor de citit și mai ușor de înțeles datorită utilizării funcțiilor pure, programarea funcțională permite scrierea codului cu mai puține erori.

Deoarece programarea funcțională funcționează cu stări imuabile, nu aveți niciodată mai multe părți ale unui program care să modifice starea unei variabile sau a întregului program. Acest lucru, la rândul său, are ca rezultat mai puține erori care ar fi putut apărea din modificarea datelor din mai multe zone din cauza stărilor partajate.

Îmbunătățește lizibilitatea codului

Programarea funcțională este o sub-paradigma a paradigmei declarative, care pune accent pe scrierea codului care descrie ceea ce trebuie făcut mai degrabă decât cum se face. Acest lucru, împreună cu utilizarea funcțiilor pure, are ca rezultat un cod care se explică de la sine, mai ușor de citit și de înțeles și ușor de întreținut.

Îmbunătățiți reutilizarea codului

Implementarea programării funcționale necesită împărțirea problemelor complexe în subprobleme mai mici și rezolvarea acestor probleme folosind funcții pure. Aceste funcții pot fi ușor compuse și reutilizate pentru a rezolva alte probleme complexe. Prin utilizarea funcțiilor pure și a stărilor imuabile, programarea funcțională permite scrierea de cod foarte reutilizabil.

Testare și depanare mai ușoară

Programarea funcțională folosește funcții pure care nu au efecte secundare, depind doar de intrările lor și produc ieșiri deterministe consistente pentru același set de intrări.

Acest lucru face ca programarea funcțională să fie în mod inerent ușor de testat și de depanat, deoarece nu trebuie să urmăriți o variabilă și modul în care aceasta se schimbă în diferite părți ale unui program.

Deoarece nu există dependențe în programarea funcțională, depanarea și testarea devin mai ușoare, deoarece puteți viza anumite părți ale unui program.

Suportă concurență și paralelism

Deoarece programarea funcțională încurajează apatridia și imuabilitatea datelor, face posibilă executarea în siguranță a mai multor funcții pure în paralel sau concomitent. Capacitatea de a rula mai multe operațiuni în paralel are ca rezultat viteze de procesare mai bune și o mai bună utilizare a procesoarelor cu mai multe nuclee.

Ca paradigmă de programare, programarea funcțională poate ajuta la scrierea unui cod mai ușor de citit și de înțeles, cu mai puține erori și suport excelent pentru paralelism, permițând utilizarea eficientă a procesoarelor multicore. Programarea funcțională permite construirea de sisteme software care sunt mai fiabile și ușor de scalat.

Limitările programării funcționale

Deși programarea funcțională are multe de oferit, aceasta vine cu o curbă de învățare care necesită dezvoltatorilor să investească mult timp și efort în învățarea cum să folosească paradigma. Acest lucru se datorează faptului că introduce noi moduri de structurare a codului și noi concepte de programare.

Codarea folosind programarea funcțională poate fi extrem de complexă și dificilă, deoarece nu utilizează caracteristici mai intuitive, cum ar fi buclele for și while. Nu este ușor să scrii programe recursive.

Ca rezultat, dezvoltatorii pot avea nevoie de mai mult pentru a stăpâni programarea funcțională, mai ales atunci când provin din limbaje care folosesc stări mutabile, cum ar fi programarea orientată pe obiecte.

O altă limitare a programării funcționale apare din principiul său de bază al imuabilității. Deoarece datele și stările sunt mutabile și sunt create noi structuri de date în loc să le modifice pe cele existente, acest lucru are ca rezultat programarea funcțională care utilizează mai mult spațiu de stocare. Natura imuabilă a programării funcționale poate duce, de asemenea, la performanțe mai slabe în aplicații.

Concluzie

Deși programarea funcțională există de mult timp, ea a devenit o paradigmă în tendințe în ultima vreme. Oricât de mult ar putea fi puțin dificil de preluat, dezvoltatorii vor beneficia enorm de pe urma învățării despre paradigmă și despre diferitele moduri în care pot implementa programarea funcțională atunci când scriu programe.

Deoarece nu trebuie să utilizați limbaje de programare pur funcționale, cum ar fi Haskell, puteți implementa concepte de programare funcțională în limbaje precum Javascript, Java, Python și Kotlin și puteți beneficia de beneficiile programării funcționale în proiectele dvs.

De asemenea, puteți explora câteva resurse pentru a învăța Python pentru începători.