34. Процедурное, логическое, функциональное и объектно-визуально-ориентированное программирование.

Процедурное программирование.

Процедурное программирование — парадигма, основанная на использовании процедур. Процедура (иногда также называемая подпрограммой или методом) — это последовательность команд, которые следует выполнить. Любая процедура может быть вызвана из любой точки программы, включая другие процедуры или ее же саму (рекурсивный вызов).

Логическое программирование

Программирования данного типа основываются на формальной логике и булевой алгебре. Программа не содержит в себе явных алгоритмов. Задаётся описание условий задачи и логических соотношений, по которым система программирования строит дерево вывода и находит решения задачи. Самым известным языком логического программирования является Prolog.

Функциональное программирование

Функциональное программирование основывается на использование списков и функций. Переменные могут отсутствовать вообще.

1. Все функции — чистые

Это правило безусловно является основным в функциональном программировании. Все функции являются чистыми, если они удовлетворяют двум условиям:

  1. Функция, вызываемая от одних и тех же аргументов, всегда возвращает одинаковое значение.
  2. Во время выполнения функции не возникают побочные эффекты.

Первое правило понятно — если я вызываю функцию sum(2, 3), то ожидаю, что результат всегда будет равен 5. Как только вы вызываете функцию rand(), или обращаетесь к переменной, не определённой в функции, чистота функции нарушается, а это в функциональном программировании недопустимо.

Второе правило — никаких побочных эффектов — является более широким по своей природе. Побочный эффект — это изменение чего-то отличного от функции, которая исполняется в текущий момент. Изменение переменной вне функции, вывод в консоль, вызов исключения, чтение данных из файла — всё это примеры побочных эффектов, которые лишают функцию чистоты.

2. Все функции — первого класса и высшего порядка

Для того, чтобы функция была первоклассной, у неё должна быть возможность быть объявленной в виде переменной. Это позволяет управлять функцией как обычным типом данных и в то же время исполнять её.

Функции высшего порядка же определяются как функции, принимающие другую функцию как аргумент или возвращающие функцию. Типичными примерами таких функций являются map и filter

3. Переменные неизменяемы

Тут всё просто. В функциональном программировании вы не можете изменить переменную после её инициализации. Вы можете создавать новые, но не можете изменять существующие — и благодаря этому вы можете быть уверены, что никакая переменная не изменится.

4. Относительная прозрачность функций

Сложно дать корректное определение относительной прозрачности. Самым точным я считаю такое: если вы можете заменить вызов функции на возвращаемое значение, и состояние при этом не изменится, то функция относительно прозрачна. Это, быть может, очевидно, но я приведу пример.

Пусть у нас есть Java-функция, которая складывает 3 и 5:

public int addNumbers(){
  return 3 + 5;
}
 
addNumbers() 
// 8

8            
// 8

Очевидно, что любой вызов этой функции можно заменить на 8 — значит, функция относительно прозрачна. Вот пример непрозрачной функции:

public void printText(){
  System.out.println("Hello World");
}
 
printText()   
// Returns nothing, but prints "Hello World"

Эта функция ничего не возвращает, но печатает текст, и при замене вызова функции на ничто состояние консоли будет другим — значит, функция не является относительно прозрачной.

5. Функциональное программирование основано на лямбда-исчислении

Функциональное программирование сильно опирается на математическую систему, называющуюся лямбда-исчислением. Я не математик, поэтому я не буду углубляться в детали — но я хочу обратить внимание на два ключевых принципа лямбда-исчисления, которые формируют самое понятие функционального программирования:

  1. В лямбда-исчислении все функции могут быть анонимными, поскольку единственная значимая часть заголовка функции — это список аргументов.
  2. При вызове все функции проходят процесс каррирования. Он заключается в следующем: если вызывается функция с несколькими аргументами, то сперва она будет выполнена лишь с первым аргументом и вернёт новую функцию, содержащую на 1 аргумент меньше, которая будет немедленно вызвана. Этот процесс рекурсивен и продолжается до тех пор, пока не будут применены все аргументы, возвращая финальный результат. Поскольку функции являются чистыми, это работает.

Объектно-ориентированное программирование

Переменные и функции группируются в объекты и классы. Благодаря этому достигается более высокий уровень структуризации и абстракции программы. Одни объекты (классы) могут порождаться от других объектов (классов). В объектно-ориентированных языках имеют место такие понятия как наследование, полиморфизм и позднее связывание.

Инкапсуляция–это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе и скрыть детали реализации от пользователя.
Наследование–это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью.
Полиморфизм– это свойство, которое позволяет одно и то же имя использовать для решения двух или более схожих, но технически разных задач. Целью полиморфизма, применительно к объектно-ориентированному программированию, является использование одного имени для задания общих для класса действий.