Презентация: "Функциональное программирование"

Функциональное программирование

Выполнила Кошелева Софья,

МДИ-117

Функциональное программирование — это стиль программирования, который опирается на вычисление выражений, а не на выполнение команд. Выражения формируются посредством комбинирования функций.

Функциональный язык — это язык, который поддерживает и поощряет программирование в функциональном стиле.

Требования к функциональному языку:

1. Всякая функция должна однозначно определять результат по любому набору аргументов.

2. Отсутствует оператор присваивания.

3. Переменная обозначает только имя структуры.

4. В языке присутствуют функционалы.

Преимущества функциональных языков

• В ряде случаев применение функциональных языков может увеличить продуктивность и качество работы программиста в разы. Это увеличение продуктивности, разумеется, зависит от   сочетания   задачи, языка, и программиста. 

• Программист вместо перечисления последовательности действий, необходимых для получения результата, просто описывает, что он хочет получить.

• Программист сфокусирован на высокоуровневом «что требуется», а не на низкоуровневом «как делать».

Недостатки функционального программирования

• Недостатки функционального программирования вытекают из тех же самых его особенностей. Отсутствие присваиваний и замена их на порождение новых данных приводят к необходимости постоянного выделения и автоматического освобождения памяти, поэтому в системе исполнения функциональной программы обязательным компонентом становится высокоэффективный сборщик мусора.
• Для преодоления недостатков функциональных программ уже первые языки функционального программирования включали не только чисто функциональные средства, но и механизмы императивного программирования (присваивание, цикл, «неявный PROGN» были уже в LISPе).

Свойства функциональных языков

• краткость и простота;
• строгая типизация;
• модульность;
• функции - это значения;
• чистота (отсутствие побочных эффектов);
• отложенные (ленивые) вычисления.

Краткость и простота

• Программы на функциональных языках обычно намного короче и проще, чем те же самые программы на императивных языках. Сравним программы на C и на абстрактном функциональном языке, на примере сортировки списка быстрым методом Хоара.

Строгая типизация язык функциональный программирование

• Практически все современные языки программирования являются строго типизированными языками (возможно, за исключением JavaScript и его диалектов, не существует императивных языков без понятия «тип»). Строгая типизация обеспечивает безопасность. Программа, прошедшая проверку типов просто не может выпасть в операционную систему с сообщением, подобным "access violation", особенно это касается таких языков, как C/C++ и Object Pascal, где применение указателей является типичным способом использования языка.

Int square n = n * n Можем воспользоваться этой функцией для возведения в квадрат всех элементов списка l2 = map square [1, 2, 3, 4] - результат - список [1, 4, 9, 16]" width="640"

Модульность

• Механизм модульности позволяет разделять программы на несколько сравнительно независимых частей (модулей) с чётко определёнными связями между ними. Тем самым облегчается процесс проектирования и последующей поддержки больших программных систем. Поддержка модульности не является свойством именно функциональных языков программирования, однако поддерживается большинством таких языков.

Функции

В функциональных языках функции могут быть переданы другим функциям в качестве аргумента или возвращены в качестве результата. Функции, принимающие функциональные аргументы, называются функциями высших порядков или функционалами. Самый, пожалуй, известный функционал, это функция map. Эта функция применяет некоторую функцию ко всем элементам списка, формируя из результатов заданной функции другой список.

Например, определив функцию возведения целого числа в квадрат как:

square :: Int - Int square n = n * n

Можем воспользоваться этой функцией для возведения в квадрат всех элементов списка

l2 = map square [1, 2, 3, 4] - результат - список [1, 4, 9, 16]

Чистота

• В императивных языках функция в процессе своего выполнения может читать и модифицировать значения глобальных переменных и осуществлять операции ввода/вывода. Поэтому, если вызвать одну и ту же функцию дважды с одним и тем же аргументом, может случиться так, что в качестве результата вычисляется два различных значения. Такая функция называется функцией с побочными эффектами.

• В чистом функциональном программировании оператор присваивания отсутствует, объекты нельзя изменять и уничтожать, можно только создавать новые путем декомпозиции и синтеза существующих. О ненужных объектах позаботится встроенный в язык сборщик мусора. Благодаря этому в чистых функциональных языках все функции свободны от побочных эффектов. Однако это не мешает этим языкам имитировать некоторые полезные императивные свойства, такие как исключения и изменяемые массивы. Для этого существуют специальные методы.

Отложенные вычисления

• Языки, использующие отложенные вычисления, называются нестрогими. Haskell - нестрогий язык, так же как, например, Gofer и Miranda. Нестрогие языки зачастую являются чистыми.

• Очень часто строгие языки включают в себя средства поддержки некоторых полезных возможностей, присущих нестрогим языкам, например бесконечных списков. В поставке Standard ML присутствует специальный модуль для поддержки отложенных вычислений. А Objective Caml помимо этого поддерживает дополнительное зарезервированное слово lazy и конструкцию для списков значений, вычисляемых по необходимости.

Обзор языков функционального программирования

Lisp (List processor ). Считается первым функциональным языком программирования. Нетипизирован. Содержит массу императивных свойств, однако в общем поощряет именно функциональный стиль программирования. При вычислениях использует вызов-по-значению. Существует объектно-ориентированный диалект языка — CLOS.

Scheme. Диалект Lisp’а, предназначенный для научных исследований в области computer science. При разработке Scheme был сделан упор на элегантность и простоту языка.

Обзор языков функционального программирования

Standard ML. Один из первых типизированных языков функционального программирования. Содержит некоторые императивные свойства, такие как ссылки на изменяемые значения и поэтому не является чистым. При вычислениях использует вызов-по-значению. Очень интересная реализация модульности. Мощная полиморфная система типов.

Miranda. Разработан Дэвидом Тернером, в качестве стандартного функционального языка, использовавшего отложенные вычисления. Имеет строгую полиморфную систему типов.

Haskell. Один из самых распространённых нестрогих языков. Имеет очень развитую систему типизации. Несколько хуже разработана система модулей