Введение в Функциональное Программирование

Введение в ФП

Говоря о ФП сразу следует подчеркнуть, что программирование через функции далеко не всегда ФП, чаще всего это всего лишь процедурный стиль программирования. Чтобы попробовать понять ФП — необходимо разобраться, что это такое, и помогут нам в этом теоретические знания.

Выделяют две крупные парадигмы программирования: императивная и декларативная.

Императивное программирование предполагает ответ на вопрос “Как?”. В рамках этой парадигмы вы задаете последовательность действий, которые нужно выполнить, для того чтобы получить результат. Результат выполнения сохраняется в ячейках памяти, к которым можно обратиться впоследствии.

Декларативное программирование предполагает ответ на вопрос “Что?”. Здесь вы описываете задачу, даете спецификацию, говорите, что вы хотите получить в результате выполнения программы, но не определяете, как этот ответ будет получен. Каждая из этих парадигм включает в себя более специфические модели.

В продуктовой разработке наибольшее распространение получили процедурное и объектно-ориентированное программирование из группы “императивное программирование” и функциональное программирование из группы “декларативное программирование”.

В рамках процедурного подхода к программированию основное внимание сосредоточено на декомпозиции – разбиении программы / задачи на отдельные блоки / подзадачи. Разработка ведётся пошагово, методом “сверху вниз”. Наиболее распространенным языком, который предполагает использование процедурного подхода к программирования является язык C, в нем, основными строительными блоками являются функции.

В рамках объектно-ориентированного (ООП) подхода программа представляется в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, классы образуют иерархию наследования. ООП базируется на следующих принципах: инкапсуляция, наследование, полиморфизм, абстракция.

Основные принципы ФП

• Функции являются объектами первого класса (First Class Object). Это означает, что с функциями вы можете работать, также как и с данными — передавать их в качестве аргументов другим функциям, присваивать переменным и т.п.

• Использование рекурсии в качестве основной структуры контроля потока управления. В некоторых языках не существует иной конструкции цикла, кроме рекурсии.

• Акцент на обработке списков (lists, отсюда название Lisp — LISt Processing). Списки с рекурсивным обходом подсписков часто используются в качестве замены циклов.

• Используются функции высшего порядка (High Order Functions). Функции высшего порядка – функции, которые могут в качестве аргументов принимать другие функции.

Функции высшего порядка принимают в качестве аргументов другие функции. В стандартную библиотеку Python входит достаточно много таких функций, в качестве примера приведем функцию map. Она принимает функцию и Iterable объект, применяет функцию к каждому элементу Iterable объекта и возвращает Iterator объект, который итеративно возвращает все модифицированные после функции элементы.

• Функции являются “чистыми” (Pure Functions) – т.е. не имеют побочных эффектов (иногда говорят: не имеют сайд-эффектов).

В Python это не выполняется. Необходимо самостоятельно следить за тем, чтобы функция была чистой.

• Акцент на том, что должно быть вычислено, а не на том, как вычислять.

Основные термины

Не все термины ниже необходимы для понимания доклада, но необходимы для понимания ФП (спасибо одному другу за их подборку. Он, кстати, ведёт свой канал :3 )

• Ссылочная прозрачность.

Ссылочная прозрачность — свойство функциональных программ, в котором любое выражение может быть заменено вычисленным им значением без изменения поведения программы. Ссылочная прозрачность позволяет проводить рефакторинг программ без изменения их поведения.

• Функции

• Детерминированные.

Детерминированная функция возвращает тот же результат для одних и тех же входных данных.

• Чистые.

Чистая функция трансформирует входные данные в выходные и не взаимодействует с миром вне функции каким-либо образом, который можно наблюдать. Все чистые функции детерминированы, но не все детерминированные функции чисты.

• Тотальные.

Тотальная функция возвращает вывод для каждого ввода. Тотальные функции всегда завершаются и никогда не вызывают исключений.

• Композиция функций — применение одной функции к результату другой

• Сайд эффект.

Сайд эффект возникает, когда выполнение выражения делает что-то большее, чем вычисление значения. Сайд эффекты — взаимодействия, которые можно наблюдать за пределами функции или выражения. Распространённые сайд эффекты включают в себя доступ к базе данных, доступ к файлам, доступ к сети, системные вызовы, изменение изменяемой памяти или вызов функций, которые выполняют любое из вышеперечисленных действий.

• Полиморфизм.

Полиморфизм — особенность языков программирования, которая позволяет переменной или функции принимать множество различных форм. Рассмотрим один из видов полиморфизма.

• Параметрический полиморфизм.

Параметрический полиморфизм, иногда называемый универсальным, является особенностью некоторых языков программирования, который позволяет универсально количественно определять функцию или тип данных по одному или нескольким параметрам типа. Такие полиморфные функции и полиморфные типы данных называются параметризованными их параметрами типа.

Параметрический полиморфизм позволяет создавать общий код, который работает со многими различными типами данных, и универсальными типами данных, таких как коллекции. Параметрически полиморфный код должен вести себя единообразно при любом выборе параметров типа, что дает мощный способ рассуждать о таком коде, называемый параметрическим рассуждением.

• Замыкание (closure)

Замыкание — процедура вместе с привязанной к ней совокупностью данных.

Стоит отметить, что ФП довольно обширная тема, она может быть сложна в понимании и освоении, но ФП вам пригодится в ста процентах случаев.

На этом пока что всё, в следующих частях про ФП будут примеры, разъяснения и многое другое :)