Парадигма, которая делает программы более предсказуемыми и простыми в разработке

Небольшой урок истории

Функциональное программирование — это парадигма программирования, которая существует уже несколько десятилетий, а ее истоки восходят к 1930-м и 1940-м годам. Идеи, лежащие в основе функционального программирования, были разработаны несколькими исследователями и учеными-компьютерщиками, в том числе Алонзо Черчем, который представил лямбда-исчисление, и Джоном Маккарти, который ввел термин «Lisp», что означает «обработка списков».

Одним из основных мотивов разработки функционального программирования была потребность в математической основе информатики. Исследователи хотели иметь возможность рассуждать о поведении компьютерных программ так же, как они могут рассуждать о математических функциях. Это привело к развитию языков функционального программирования, основанных на таких математических концепциях, как лямбда-исчисление и машины Тьюринга.

Еще одним мотивом для разработки функционального программирования было желание упростить написание и анализ параллельных и параллельных программ. В 1950-х и 1960-х годах, с появлением многопроцессорных компьютеров, исследователи искали способы упростить написание программ, которые могли бы использовать преимущества возросшей вычислительной мощности этих новых машин. Функциональное программирование с упором на неизменяемость и чистые функции сделало написание параллельных и параллельных программ более предсказуемым и легким для размышлений.

Также стоит отметить, что на протяжении всей истории концепция функционального программирования развивалась и совершенствовалась благодаря работе многих исследователей и практиков в этой области, что привело к разработке широкого спектра языков и концепций функционального программирования.

Старый, но модный

Функциональное программирование — это парадигма программирования или способ мышления о разработке программного обеспечения, который делает упор на использование функций и неизменности для написания более предсказуемого, компонуемого и удобного в сопровождении кода.

Одним из ключевых принципов функционального программирования является неизменяемость, то есть данные нельзя изменить после их создания. Поначалу это может показаться ограничивающим, но это значительно упрощает обдумывание, тестирование и отладку кода. Когда данные неизменяемы, вы знаете, что они всегда будут иметь одно и то же значение, поэтому вам не нужно беспокоиться о том, что они могут быть неожиданно изменены. Это помогает устранить класс ошибок, которые могут быть вызваны неожиданными изменениями данных.

Еще одним важным принципом функционального программирования является использование чистых функций. Чистая функция — это функция, которая при одних и тех же входных данных всегда возвращает один и тот же результат и не имеет побочных эффектов. Другими словами, он не меняет никакого состояния вне себя. Это значительно упрощает анализ поведения программы, поскольку вы знаете, что чистая функция всегда будет давать один и тот же результат для одних и тех же входных данных.

Функциональное программирование также поощряет использование функций более высокого порядка, которые принимают другие функции в качестве входных данных или возвращают их в качестве выходных данных. Это обеспечивает высокую степень повторного использования кода, поскольку вы можете написать функцию, которую можно использовать во многих различных контекстах. Функции высшего порядка также упрощают создание новых абстракций, которые могут помочь сделать ваш код более читабельным и удобным в сопровождении.

Функциональное программирование также делает упор на рекурсию как на способ решения проблем. Рекурсивные функции — это функции, которые вызывают сами себя, и это может быть эффективным способом решения проблем в сочетании с другими концепциями функционального программирования, такими как неизменяемость и чистые функции.

Эта парадигма в последнее время приобрела большую популярность с появлением таких языков функционального программирования, как Haskell, Elixir и Scala. Однако концепции функционального программирования также могут применяться в языках, традиционно не считающихся функциональными, таких как JavaScript и Python.

Говоря о дьяволе — два основных примера

Пример JavaScript

// An array of objects representing a list of users
const users = [
  { id: 1, name: "Alice", age: 25 },
  { id: 2, name: "Bob", age: 30 },
  { id: 3, name: "Charlie", age: 35 }
];

// A pure function that increases a user's age by a given amount
const increaseAge = (user, amount) => {
  return { ...user, age: user.age + amount };
};

// Using the map higher-order function to create a new array of users with increased ages
const usersWithIncreasedAges = users.map(user => increaseAge(user, 5));
console.log(usersWithIncreasedAges);
// Output: [ { id: 1, name: "Alice", age: 30 }, { id: 2, name: "Bob", age: 35 }, { id: 3, name: "Charlie", age: 40 } ]
console.log(users) 
// Output: [ { id: 1, name: "Alice", age: 25 }, { id: 2, name: "Bob", age: 30 }, { id: 3, name: "Charlie", age: 35 } ]

В этом примере у нас есть массив объектов, представляющих список пользователей. Затем у нас есть чистая функция с именем increaseAge, которая принимает пользовательский объект и сумму в качестве входных данных и возвращает новый объект с теми же свойствами, что и исходный пользовательский объект, но со свойством возраста, увеличенным на заданную величину. Эта функция является чистой, поскольку она не изменяет исходный пользовательский объект и всегда возвращает один и тот же вывод для одного и того же ввода.

Затем мы используем функцию высшего порядка map для создания нового массива пользователей с увеличенным возрастом. Функция map перебирает исходный массив пользователей и применяет функцию increaseAge к каждому пользователю, создавая новый массив той же длины, что и исходный массив, но с обновленными объектами пользователей.

Важно отметить, что исходный массив users остается неизменным, а usersWithIncreasedAges — это новый массив. Этот подход согласуется с концепцией неизменности в функциональном программировании.

Используя чистые функции и функции более высокого порядка, мы можем создавать новые данные на основе исходных данных, не изменяя их, что позволяет легко анализировать поведение нашей программы и тестировать ее.

Пример рекурсии JavaScript

// A pure function that calculates the factorial of a given number
const factorial = (n) => {
    if(n === 0){
        return 1;
    }
    return n * factorial(n - 1);
};
console.log(factorial(5)) // 120

В этом примере у нас есть чистая функция с именем factorial, которая принимает число в качестве входных данных и возвращает факториал этого числа. Функция использует рекурсию, то есть вызывает саму себя, для вычисления факториала. Функция останавливает рекурсию, когда она достигает базового случая, когда входное число равно 0, и возвращает 1.

Функция использует рекурсию для решения проблемы, разбивая ее на более мелкие задачи, такие же, как исходная, но с более простым вводом. В этом случае функция вызывает сама себя с входным числом, уменьшенным на 1. Функция продолжает вызывать себя, пока не достигнет базового случая.

Используя рекурсию, мы можем создать элегантное решение проблемы без циклов или других конструкций.

Стоит отметить, что это классический пример рекурсии, и важно быть осторожным при использовании рекурсии, так как функция должна иметь базовый случай и должна быть четко определена, чтобы избежать бесконечных циклов.

Также важно отметить, что рекурсия может быть дорогостоящей в вычислительном отношении, если проблема большая и требует большого количества рекурсивных вызовов. В этих случаях для оптимизации производительности можно использовать другие стратегии, такие как запоминание.

Заключение

С появлением функциональных языков программирования он становится все более популярным среди разработчиков, и его определенно стоит изучить дальше, если вы хотите улучшить качество своего кода.