FUNCTIONEEL PROGRAMMEREN: KENMERKEN, VOORBEELDEN, VOORDELEN, NADELEN - TECHNOLOGIE - 2025

De functionele programmering komt overeen met de patroonprogrammering is gebaseerd op het concept van het aangeven van het gedrag van een programma als een functioneel wiskundig model in plaats van expliciete reeksen instructies aan een processor, wat het belangrijkste concept is bij imperatief programmeren.

Functionele taal legt de nadruk op uitspraken en termen in plaats van uitspraken uit te voeren. Bij deze programmering hangt het resultaat alleen af ​​van de parameters die aan een functie worden doorgegeven, in tegenstelling tot andere typen die aan een lokale of globale status voldoen.

Schema van hoe de mapping-functie werkt in de functionele programmeertaal Haskell. Bron: door Pluke - Eigen werk, CC0 commons.wikimedia.org.

De naam komt van de wiskundige functies, die de toewijzing zijn van een set inputs aan een set outputs. Een wiskundige functie doet eigenlijk niet echt werk, maar beschrijft eerder het model van een proces en legt door middel van een formule uit wat een set inputs in een functie oplevert.

Basisideeën

De basis waarop functioneel programmeren was gebaseerd, was de lambda-calculus, die in het derde decennium van de 20e eeuw werd ontwikkeld om functies te definiëren en toe te passen. LISP was de eerste programmeertaal in zijn soort, ontworpen in 1960.

Hoewel de meeste programmeertalen bestaan ​​uit inputs, outputs en externe variabelen die kunnen worden ingesteld of gebruikt vanuit functies, wordt dit vermeden door functioneel programmeren. Het idee is dat elke keer dat een functie wordt aangeroepen met dezelfde parameters, deze dezelfde waarde moet retourneren.

kenmerken

Functionele programmeertalen worden applicaties genoemd, omdat de functies worden toegepast op hun parameters, evenals declaratieve en niet-procedurele, aangezien de definities aangeven wat moet worden berekend en niet hoe het wordt berekend.

Pure functies

Een functie is puur als deze geen waarneembare bijwerkingen heeft, zoals het wijzigen van externe variabelen, wijzigingen in het bestandssysteem, enzovoort.

Deze functies worden als overtuigend beschouwd omdat ze niet expliciet variabelen zullen veranderen waarvan andere delen van de code op een bepaald moment afhankelijk zouden kunnen zijn. Het lijkt onhandig om met deze beperkingen te coderen, maar deze functies moeten als deterministisch, voorspelbaar en samengesteld worden beschouwd.

Eersteklas eigenschappen

Functies worden beschouwd als waarden die aan variabelen kunnen worden toegewezen, zodat ze kunnen worden doorgegeven aan en geretourneerd door andere functies. Dat wil zeggen, een functie kan worden gebruikt alsof het een parameter is of als een waarde die wordt geretourneerd.

Dit houdt in dat de functie als zodanig kan worden doorgegeven, in plaats van alleen het resultaat van de functie. Beschouw bijvoorbeeld de functie double (x), die tweemaal de waarde van de invoerparameter retourneert. Dus dubbel (2) zou 4 teruggeven.

Omdat het een eersteklas functie is, zou de code (dubbel (dubbel (2)) hetzelfde zijn als de dubbele (4) code. Hierdoor kun je de ene functie nesten als een parameter van een andere, enzovoort.

Referentiële transparantie

Het verwijst naar het feit dat er in dit programmeerpatroon geen toewijzingsinstructies zijn. Dat wil zeggen dat u nieuwe variabelen moet definiëren als u extra waarden wilt opslaan. Daarom is de toestand van een variabele altijd constant.

Dit elimineert de minste mogelijkheid van ongewenste effecten, omdat elke variabele kan worden vervangen door zijn werkelijke waarde tijdens elk punt van uitvoering van het programma.

Herhaling

Bij functioneel programmeren zijn er geen "for" en "while" -lussen. In plaats daarvan is iteratie afhankelijk van recursie. Recursie wordt geïmplementeerd met behulp van recursieve functies, die zichzelf herhaaldelijk aanroepen totdat het basisscenario is bereikt.

Onveranderlijkheid

Variabelen zijn onveranderlijk, dat wil zeggen dat het niet mogelijk is om een ​​variabele te wijzigen nadat deze is geïnitialiseerd. Hoewel u een nieuwe variabele kunt maken, is het wijzigen van bestaande variabelen niet toegestaan.

Voorbeelden

Imperatieve en declaratieve benaderingen

Met een voorbeeld kunt u het verschil tussen deze benaderingen analyseren door dezelfde bewerking uit te voeren in beide arrangementen, namelijk het filteren van de oneven nummers uit een lijst terwijl u even nummers kleiner dan 5 vervangt door 5.

Het is dezelfde berekening, met hetzelfde resultaat. Zoals u kunt zien, is de dwingende code echter uitgebreid en niet onmiddellijk duidelijk. Aan de andere kant is de declaratieve benadering leesbaar en expliciet, omdat deze zich richt op wat je wilt krijgen.

Pure functies

Wat wordt gedefinieerd als pure en onzuivere functies, kan worden verduidelijkt met enkele basisvoorbeelden:

Functioneert als eersteklas objecten

Het betekent om functies op dezelfde manier te gebruiken als gegevens worden gebruikt. Daarom kunnen ze als parameters aan een andere functie worden doorgegeven. In het volgende voorbeeld kan de functie int worden doorgegeven als parameter aan de mapfunctie:

>>> lijst (map (int,))

Ze kunnen aan variabelen worden toegewezen en geretourneerd. In de volgende code kunt u bijvoorbeeld de functie hello_world toewijzen en vervolgens de variabele als een functie uitvoeren.

Voordeel

- Concentreer u op wat u wilt bereiken (declaratief) en niet op hoe u het wilt bereiken (imperatief).

- Ze bevatten geen toewijzingsinstructies, dus nadat variabelen een waarde hebben gekregen, zullen ze niet langer veranderen. Daarom bevatten de functionele programma's geen bijwerkingen.

- De logische stroom is duidelijk, aangezien de toestand minder verspreid is en niet impliciet wordt gewijzigd.

- Ondersteunt het concept van luie evaluatie, wat betekent dat de waarde alleen wordt geëvalueerd en opgeslagen wanneer dat nodig is.

- Omdat pure functies geen enkele status wijzigen en volledig afhankelijk zijn van invoer, zijn ze gemakkelijk te begrijpen. De retourwaarde die door dergelijke functies wordt gegeven, is hetzelfde als het resultaat dat erdoor wordt geproduceerd.

- Vanwege de aard van de pure functies om te voorkomen dat de variabelen of externe gegevens veranderen, wordt de implementatie van de gelijktijdigheid effectief.

- Functies worden behandeld als waarden en worden als parameters doorgegeven aan andere functies. Dit verbetert het begrip en de leesbaarheid van de code.

- Pure functies nemen de parameters één keer en produceren onveranderlijke uitvoer. Door onveranderlijke waarden te gebruiken, worden foutopsporing en testen eenvoudiger.

Korter en gemakkelijker te begrijpen

Ze zijn korter en gemakkelijker te begrijpen dan imperatieven. Studies hebben aangetoond dat de gemiddelde productiviteit van programmeurs in termen van coderegels min of meer hetzelfde is voor elke programmeertaal, wat zich vertaalt in een hogere productiviteit.

Geen controlestroom

Het aanroepen van een functie kan geen ander effect hebben dan de berekening van het resultaat. Dit sluit een belangrijke bron van fouten uit en maakt ook de volgorde van uitvoering irrelevant, aangezien geen enkele bijwerking de waarde van een uitdrukking kan veranderen en deze op elk moment kan worden geëvalueerd.

De programmeur wordt ontlast van de last van het opzetten van een controlestroom. Aangezien uitdrukkingen op elk moment kunnen worden geëvalueerd, kunnen variabelen worden vervangen door hun waarden.

Deze autonomie maakt functionele programma's wiskundig beter beheersbaar dan conventionele programma's.

Nadelen

- Het functionele programmeerparadigma is niet eenvoudig, dus het is moeilijk te begrijpen voor een beginner.

- Het is moeilijk te onderhouden, aangezien veel objecten tijdens het coderen evolueren.

- In sommige gevallen leidt het schrijven van pure functies tot een vermindering van de leesbaarheid van de code.

- Onveranderlijke waarden in combinatie met recursie kunnen leiden tot een drastische vermindering van de systeemprestaties.

- Hergebruik is erg ingewikkeld en vereist constante refactoring.

- Programma's schrijven in een recursieve stijl in plaats van loops of loops te gebruiken, kan een zeer lastige taak zijn.

- De objecten geven het probleem mogelijk niet correct weer.

- Hoewel het schrijven van pure functies eenvoudig blijkt te zijn, is het vrij moeilijk om ze te combineren met de rest van de applicatie en met de invoer / uitvoerbewerkingen

Toepassingen

Het programmeren van kunstmatige intelligentie gebeurt in functionele programmeertalen en technieken voor kunstmatige intelligentie migreren naar toepassingen in de echte wereld.

Het blinkt ook uit in de implementatie van complexe wiskundige modellen. Om deze reden is een van de belangrijkste toepassingen van functionele talen van oudsher academisch. Het is handig voor het ontwikkelen van uitvoerbare specificaties en prototype-implementaties.

Veel functionele talen blinken ook uit in het implementeren van parallelle verwerking. Dit komt door het vermogen om te profiteren van pure functies, die altijd dezelfde waarde retourneren, ongeacht de volgorde waarin ze worden uitgevoerd.

Functionele methodologie

WhatsApp maakt gebruik van de programmeertaal Erlang, die het functionele programmeermodel volgt, waardoor meer dan honderd medewerkers de gegevens van zo'n 1,6 miljard mensen kunnen verwerken.

Een andere belangrijke drager van de functionele programmeerstijl is Haskell. Het wordt door Facebook gebruikt in zijn antispamsysteem. Zelfs JavaScript, een van de meest gebruikte programmeertalen, pronkt met de eigenschappen van een dynamisch getypeerde functionele taal.

Talen die functioneel programmeren ondersteunen

D

Het is ontworpen na C ++ en kreeg alle voordelen terwijl het de waargenomen zwakke punten elimineerde, namelijk dat het compatibel moest zijn met C.

Erlang

Het is zeer schaalbaar en gelijktijdig, waardoor het ideaal is voor telecommunicatie- en andere toepassingen die enorme hoeveelheden gegevens in een onvoorspelbare volgorde ontvangen.

Haskell

Dit is een puur functionele programmeertaal, die Lambda-calculus gebruikt.

ML

Het wordt gebruikt in wiskundige, wetenschappelijke, financiële, analytische en andere toepassingen. Een van zijn sterke punten is het maken van software voor andere programma's.

Doelstelling Caml

Het is een open source taal die is gebaseerd op Caml. Het heeft de neiging om zeer lichtgewicht programma's te maken, waardoor ze sneller worden geladen en uitgevoerd dan programma's die door andere talen zijn gemaakt.

Schema

Het is gebaseerd op de LISP-syntaxis en de ALGOL-structuur. Vanwege zijn eenvoud wordt het in veel computerwetenschappelijke cursussen gebruikt als een inleiding tot programmaontwerp om enkele basisprincipes van computerprogrammering te laten zien.

Referenties

1. Wie host dit (2019). Leer functioneel programmeren: deze stijl van codering zal je verbazen. Genomen uit: whoishostingthis.com.
2. Andrea Bertoli (2019). Een adequate inleiding tot functioneel programmeren. Genomen uit: dev.to.
3. Hacker Earth (2020). Functioneel programmeren. Ontleend aan: hackerearth.com.
4. Clojure (2020). Functioneel programmeren. Ontleend aan: clojure.org.
5. Akhil Bhadwal (2020). Functioneel programmeren: concepten, voordelen, nadelen en toepassingen. Hack. Ontleend aan: hackr.io.
6. Guru99 (2020). Wat is functioneel programmeren? Tutorial met voorbeeld. Genomen van: guru99.com.