Разработчик пишет алгоритм. Простыми словами, инструкции для компьютера, которым тот следует в ходе выполнения какой-либо программы. То есть программист как-бы говорит компьютеру: делай так, в таком-то порядке. Это парадигма, и таковых очень много.
В статье мы рассмотрим примеры использования парадигм программирования, их особенности и преимущества, а также примеры реальных языков, поддерживающих разные парадигмы.
Что такое парадигма программирования
Парадигма программирования (далее — ПП) — это правила, по которым пишут компьютерные программы. Они определяют, как надо делать расчёты и организовывать работу компьютера в ходе выполнения той или иной программы. ПП не зависит от одного языка программирования, а позволяет использовать разные подходы. Эти правила помогают сделать код понятным и правильным.
Простыми словами, парадигма программирования — это правила, которые определяют стандарты написания кода.
Далее рассмотрим пять наиболее известных из них.
Процедурная ПП
Процедурная ПП является одним из основных подходов в разработке ПО. Она основана на идее разбиения задачи на отдельные функции и процедуры, которые выполняют определенные задачи — отсюда и название. В качестве таких задач могут выступать, например, какие-либо вычисления.
Основные принципы:
Последовательность — все алгоритмы выполняются от верха к низу, то есть от большего к меньшему.
Процедурная парадигма программирования характеризуется нисходящим подходом к разработке программного обеспечения. Она основана на создании хорошо организованных, модульных и многократно используемых процедур, называемых функциями или методами.
Выборность — имеется в виду принятия решений на базе УО (условных операторов), а также ОП (операторов переключения).
Итерируемость — возможность выполнять наборы таких инструкция многократно, но с возможность изменения настроек на входе.
ПП уходит корнями в ранние языки программирования (особенно — ALGOL и Fortran). Но ПП продолжает активно использоваться в C, Pascal, COBOL, Perl, Python и Ruby.
Преимущества
- Код становится легче понимать и выполнять по сравнению с аналогичными реализациями других парадигм.
- Часто код более эффективен, так как он проще и понятнее.
- Можно управлять потоком данных более эффективно благодаря хорошо структурированным, модульным и повторно используемым процедурам (функциям). Этот подход помогает разбить сложные проблемы на более мелкие и простые блоки, улучшая читаемость кода и удобство его поддержки.
Недостатки
- В ПП данные и код часто разделены, что может затруднить управление и поддержку кода. Отсутствие инкапсуляции — как минус, так и плюс.
- Процедурное программирование менее модульное, чем ООП.
.jpg)
Объектно-ориентированная ПП
Очень популярный подход. Жиждится на двух слонах:
- Объекты — определённые сущности со своими данными и набором доступных действий.
- Классы — это шаблоны, на основе которых создаются объекты. Они содержат информацию о свойствах и методах, которые будут у объектов.
Основные принципы ОПП:
Абстракция. Удобна для игнорирования нерелевантных деталей.
Полиморфизм. Этот принцип позволяет использовать один и тот же метод для решения различных задач, связанных с одним и тем же объектом.
Инкапсуляция. Этот принцип предполагает, что вся ключевая информация, необходимая для работы объекта, находится внутри него, а его внутренняя структура остается скрытой от внешнего мира.
Наследование. Этот принцип позволяет создавать новые объекты на основе существующих, автоматически наследуя их методы или атрибуты.
Преимущества ОПП
Информация четко упорядочена и разделена на объекты с понятным набором правил и логикой поведения.
Код оформлен визуально более просто и чисто, так как приходится иметь дело с отдельными объектами, а не с логикой кода.
ООП упрощает создание сложных объектов, поскольку позволяет разделить их на более мелкие.
Недостатки ОПП
Высокий порог входа, поскольку ООП является более сложным и трудоемким подходом к программированию, требующим теоретических знаний в этой области.
Большой размер конечной программы: код, написанный с использованием объектов, занимает больше места в оперативной памяти и работает медленнее.
Функциональная ПП
Функциональное программирование — это ПП, основанная на использовании функций как основных элементов. В отличие от процедурного программирования, где функции используются для выполнения операций над данными, здесь функции рассматриваются как математические преобразования, которые принимают входные данные и возвращают выходные.
Основные принципы:
- Функции не изменяют свои аргументы и не возвращают измененные значения. Это делает код более надежным и предсказуемым.
- Чистая функция — это функция, которая принимает входные данные и возвращает выходные данные без побочных эффектов.
- Функции в ФП могут быть составлены для выполнения сложных преобразований. Это позволяет создавать более сложные функции на базе простых.
Преимущества
- Неизменяемость функций и отсутствие побочных эффектов упрощают отладку кода, так как легче определить, какие значения переменных были изменены.
- Позволяет выполнять вычисления только при необходимости, это экономить время и ресурсы.
- Функции не полагаются на глобальные переменные, что делает код более модульным и легко используемым повторно.
- Функции легко читаются, ведь их поведение изолировано от состояния программы и легко предсказуемо.
- ФП позволяет создавать параллельные программы, так как неизменяемые переменные снижают количество изменений внутри программы.
Недостатки
- Может показаться сложным для тех, кто привык к императивному стилю, потому что оно основано на математических функциях, а не на подпрограммах.
- Медленнее императивных вариантов.
- Многие задачи чрезмерно усложняются.
- Нужно изменять глобальное мышление (транс от изменяемых данных к данным неизменного типа).
.jpg)
Логическая ПП
Метод основан на использовании логических выражений. ЛП позволяет создавать программы, которые обрабатывают информацию на основе логических связей между самими данными.
Основные принципы:
- Логические переменные. Они могут принимать значения true (истина) или false (ложь).
- Логические операторы. Используются для объединения или сравнения логических переменных.
- Логические выражения. Состоят из логических переменных, могут принимать значения true или false, соответственно.
Преимущества
- Подходит для разных задач: перевода, работы с текстами, создания экспертных систем и управления.
- Описывает только главные правила, без подробностей об объектах, свойствах и отношениях.
- Код получается коротким и понятным, легко исправлять ошибки.
- Можно искать разные решения, перебирая их.
- Нет указателей, команд присвоения и переходов.
Недостатки
- Может быть менее эффективным, особенно при работе с большими объемами данных или сложными вычислениями, из-за необходимости выполнять множество проверок.
- Отладка логических программ осложнена. Потому что мы имеем декларативную природу языка. Ошибки могут быть вызваны неправильными правилами.
- Имеет свои ограничения в описании и решении определенных типов задач. Некоторые задачи решить вовсе не получится.
- Может быть неявным в том смысле, что порядок выполнения операций и контроль потока не так очевидны. Это затрудняет понимание и предсказание поведения программы.
Я считаю, что парадигма программирования представляет собой набор взаимосвязанных требований (можно сказать, принципов), которые используются при разработке программного обеспечения. Парадигма влияет на стиль будущей программы, но не на выбор языка программирования. Вы наверняка слышали о том, что сейчас используется множество парадигм (более того — вы наверняка уже успели запутаться в них). Но все проще, чем кажется. Для примера я расскажу о процедурной. Чтобы было проще: представьте лего. Так вот, в ПП функции являются своего рода строительными блоками, по сути представляющими последовательность программных инструкций, выполняющих определенную задачу и способных возвращать некоторое значение.
Дескриптивная
Цель дескриптивного программирования — определить состояние системы, которое позволит решить проблему при заданных ресурсах.
Основные принципы и ключевые понятия ДП:
- Цель системы должна быть четко определена, конкретизирована для каждого объекта (включая процессы).
- Необходимо описать свойства и атрибуты системы, которые влияют на ее функционирование, поведение.
- Закономерности должны быть выявлены и описаны для понимания поведения системы, определения ее связей с окружающей средой. Закономерности должны быть актуализированы.
Преимущества
- Классы и объекты позволяют разработчикам создавать более простой и понятный код.
- Дескриптивная ПП обеспечивает надежное хранение и защиту данных внутри объектов.
- Возможность создания новых объектов, похожих на существующие, и взаимодействие между ними через общие правила.
Недостатки
- Использование дескриптивной ПП может привести к снижению производительности из-за накладных расходов на инкапсуляцию и наследование.
- Дескриптивная ПП может сделать код сложным для понимания и поддержки, особенно для новичков.
- Дескриптивная ПП лучше подходит для работы с данными и вычислениями, но может быть менее эффективной в других областях.
Сравнение структур и способов решения задач
Логическая и процедурная ПП имеют разные структуры программ, способы решения задач. Сравним их попарно.
Сравнение структуры программы
- В логической программа состоит из набора формул логики, описывающих взаимосвязи между фактами и утверждениями.
- В процедурной программа — это последовательность действий, преобразующих состояние программы.
Сравнение способов решения задач
- В логической решение задач основано на математической логике.
- В процедурной решение задач осуществляется с помощью операторов, которые преобразуют данные и выполняют действия над ними.
Примеры использования разных ПП
Процедурное программирование:
- Языки - Си», Паскаль», Кобол», Алгол», Бейсик», Фортран»;
- Примеры использования — написание кода для микрочипов, компиляция сложных объектно-ориентированных языков.
Объектно-ориентированное программирование:
- Языки — «Джава», «ДжаваСкрипт», «Питон», С++, «Руби», «Си Шарп», «Обжекти-Си», «ПХП»;
- Примеры использования — веб-приложения, «умные» телевизоры, программное обеспечение для роутеров, мобильная разработка.
Функциональное программирование:
- Языки — «Хаскель», «Эрланг», «Клойжер»;
- Примеры использования — криптовалюта, блокчейн-технология.
Логическая:
- Язык — Prolog;
- Примеры использования — решение математических уравнений, судоку.
Дескриптивная:
- Языки — CSS;
- Примеры использования — описание внешнего вида сайта, указание параметров типографики.
Совет эксперта: какую ПП выбрать
Чтобы использовать преимущества всех ПП, нужно изучить их особенности по отдельности и в сочетании друг с другом.
Например, ФП обучает нас, что побочные эффекты не всегда являются полезными, а ИП помогает контролировать действия программы.
Написание кода возможно в рамках любой парадигмы программирования, но важно помнить, что результат программы зависит не только от ее функциональности, но и от того, какой код был написан. Таким образом, разработчик несет прямую ответственность за готовый продукт глобально. Ну а выбор ПП — базовый шаг на пути к готовому ПО.
Коротко о главном
- Парадигма представляет собой набор правил, по которым разрабатываются программы.
- От выбора парадигмы зависит вся программа: ее внешний вид, способ работы и способ написания.
- Важно, чтобы программа не только работала и давала красивый результат, но и была правильно написана.
- В императивном программировании основное внимание уделяется процедурной и объектно-ориентированной парадигмам.
- В декларативном программировании центральное место занимают логическая и функциональная парадигмы.
Материалы
.png)
.png)
.png)
Комментарии