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Bei der Wahl zwischen verschiedenen Programmiersprachen hat man häufig die Wahl zwischen funktionalen und objektorientierten Sprachen. Jede Sprache verfügt über unterschiedliche Fähigkeiten und Anwendungsfälle, aber funktionale Sprachen bieten Programmierern viele Vorteile durch die Nutzung von Rechenspeicher, unveränderlichen Daten und Effizienz. In diesem Artikel besprechen wir die Definition funktionaler Programmiersprachen, die Eigenschaften solcher Sprachen, die Vorteile ihrer Verwendung und wie sie sich von objektorientierten Programmiersprachen unterscheiden.
Was sind funktionale Programmiersprachen?
Funktionale Programmiersprachen sind Computersprachen, die mathematische Funktionen enthalten. Mit diesen Funktionen können Programmierer bedingte Ausdrücke erstellen, um bestimmte Berechnungen durchzuführen. Funktionale Programmiersprachen vermeiden Zustandsänderungen und veränderliche Daten, indem sie sicherstellen, dass alle Funktionen referenzielle Transparenz haben, was bedeutet, dass sie immer das gleiche Ergebnis zurückgeben, wenn sie mit den gleichen Argumenten präsentiert werden. Zu den beliebtesten funktionalen Programmiersprachen gehören Python, Clojure, Erlang, Lisp und Haskell.
Merkmale funktionaler Programmiersprachen
Hier ist eine Liste der häufigsten Merkmale funktionaler Sprachen:
Erstklassige Ausstattung
Viele funktionale Programmiersprachen ermöglichen es Funktionen, als mehrere Rechenelemente zu fungieren, beispielsweise als Ergebnis einer anderen Funktion, innerhalb einer Reihe anderer Funktionen, als Variable oder als Argument für eine andere Funktion. Programmierer bezeichnen diese Funktionen aufgrund ihrer Vielseitigkeit als erstklassig. Funktionen höherer Ordnung sind eine Art erstklassiger Funktionen, die Argumente in Form anderer Funktionen akzeptieren oder als Ergebnis der Ausführung Funktionen zurückgeben. Beispielsweise kann eine Funktion in diesen Sprachen eine Berechnung aufrufen, die zur Erstellung mehrerer anderer Funktionen mit funktional definierten Variablen führt.
Unveränderliche Daten
Daten sind unveränderlich, wenn sie nichts ändern kann, nachdem das Programm sie erstellt hat. Funktionale Programmiersprachen verwenden nur unveränderliche Daten und maximieren daher auch die Fähigkeit, auf frühere Daten zu verweisen. Beispielsweise löscht eine Funktion, die Daten löscht, diese in funktionalen Sprachen möglicherweise nicht vollständig, da das Löschen eines Datenelements eine Änderung seiner Existenz mit sich bringt.
Reine Funktionen
Bei reinen Funktionen ist das Ergebnis der Funktion immer gleich, wenn die Argumente gleich sind. Darüber hinaus haben reine Funktionen keine Nebenwirkungen, d. h. der Programmzustand ändert sich durch die Ausführung der Funktion nicht. Beispielsweise ist 2 + 2 = 4 ein Beispiel für eine reine Funktion, bei der 2 + 2 das Argument und 4 das Ergebnis ist. In der Basis 10 ist die Antwort auf mathematische Probleme immer dieselbe, wenn die Argumente dieselben sind.
Rekursion
Das Lösen komplexer Probleme mithilfe einfacherer, kleinerer Lösungen ist ein Grundprinzip vieler funktionaler Programmiersprachen. Ein Beispiel für eine Rekursion ist jede mathematische Funktion, bei der Sie die Funktion selbst aufrufen, um ein Problem zu lösen. Viele Funktionen verfügen über Lösungen, die ihre eigene Funktion in der Lösung nicht verwenden, diese können jedoch komplexer und ressourcenintensiver sein.
Listenverarbeitung
Mit dieser Funktion der funktionalen Programmierung, auch LISP genannt, können Sie eine Liste von Daten bearbeiten und analysieren. Dies ist ein leistungsstarkes Tool, da es Programmierern ermöglicht, Listen zu erstellen und diese Listen dann für verschiedene Funktionen zu verwenden. Wenn Sie beispielsweise eine Liste mit Zahlen haben, können Sie diese addieren, multiplizieren oder dividieren. Jede Funktion verwendet dieselben Zahlen, erzeugt jedoch Ergebnisse gemäß ihrem eigenen Prozess.
Faule Bewertung
Mit der funktionalen Programmierung können Sie Berechnungen nur dann durchführen, wenn das Programm sie benötigt. Dies trägt dazu bei, die Anzahl der Wiederholungsbewertungen des Programms zu reduzieren. Wenn ein Programm eine Auswertung durchführen muss, ermöglichen verzögerte Auswertungen dem Programm, die neueste Auswertung in seinem Wörterbuch nachzuschlagen und die Ergebnisse wiederzuverwenden, was Zeit spart.
Vorteile funktionaler Programmiersprachen
Das Programmieren in solchen Sprachen hat viele Vorteile. Zu den Vorteilen gehören:
Fehler begrenzen. Die Tatsache, dass funktionale Programmiersprachen keine Zustandsänderungen zulassen, kann Codierungsfehler beseitigen, die als Nebenwirkungen von Zustandsänderungen auftreten. Durch die Begrenzung von Fehlern kann die Produktivität gesteigert werden, indem brauchbarer Code erstellt wird.
Verbessert die Möglichkeiten der parallelen Programmierung: Diese Programmiersprachen ermöglichen nicht nur die gleichzeitige Durchführung mehrerer Berechnungen, sondern auch die mehrfache Verwendung derselben Funktion. Diese erweiterten Funktionen verbessern die Funktionalität solcher Sprachen und fördern die Wiederverwendung.
Unterstützt verschachtelte Funktionen: Eine der vielen Verwendungsmöglichkeiten von Funktionen in diesen Sprachen sind verschachtelte Funktionen, bei denen es sich um definierte Funktionen innerhalb einer anderen Funktion handelt. Diese Fähigkeit erhöht die Fähigkeit, Daten mit minimalem Rechenaufwand zu senden und zu empfangen, erheblich.
Ermöglicht Lazy-Auswertung: Lazy-Funktionskonstrukte wie Lazy-Listen und Lazy-Maps verbessern die Effizienz, indem sie eine Referenz für alle in einem Programm durchgeführten Berechnungen erstellen. Wenn Auswertungen innerhalb eines Programms durchgeführt werden müssen, prüft es zunächst, ob die Auswertung woanders existiert, wodurch unnötige Wiederholungen von Auswertungen vermieden werden.
Funktionale und objektorientierte Programmierung
Objektorientierte Programmierung ist eine weitere beliebte Methode zur Strukturierung von Computersprachen. Hier sind einige grundlegende Unterschiede zwischen funktionaler und objektorientierter Programmierung:
Berechnungsgrundlage: Die objektorientierte Programmierung verwendet Objekte mit zugewiesenen Attributen als Berechnungsgrundlage. Funktionale Sprachen bewerten die Funktionen, die Objekte und ihre Attribute erstellen können.
Zustände: Da objektorientierte Sprachen imperative Programmierung verwenden, können sie Objekte innerhalb eines Programms ändern, was bedeutet, dass es Zustände oder laufende Änderungen gibt, die sich auf das Ergebnis der Eingabe auswirken. Funktionale Sprachen verwenden keine imperative Programmierung und müssen daher den aktuellen Status nicht im Auge behalten, da Daten in diesen Sprachen unveränderlich sind, was bedeutet, dass dieselbe Eingabe immer dieselbe Ausgabe erzeugt.
Parallele Programmierung: Bei dieser Art der Programmierung laufen mehrere Rechenprozesse gleichzeitig ab. Objektorientierte Sprachen unterstützen die parallele Programmierung kaum, funktionale Sprachen unterstützen sie jedoch weitgehend.
Reihenfolge: Bei der objektorientierten Programmierung erfolgen Berechnungen in einer bestimmten Reihenfolge. Bei der funktionalen Programmierung können Berechnungen in beliebiger Reihenfolge erfolgen.
Iterative Daten: Die objektorientierte Programmierung verwendet Schleifen, was eine wiederholte Ausführung iterativer Daten bedeutet. Die funktionale Programmierung nutzt die Rekursion wiederholter Daten, d. h. sie versucht, Probleme mithilfe einfacherer Versionen desselben Problems zu lösen.
Wesentliche Elemente. Die Hauptelemente objektorientierter Sprachen sind Objekte und Methoden, während die Elemente der funktionalen Programmierung Funktionen und Variablen sind. Dieser Unterschied erklärt die meisten Unterschiede in Inhalt, Struktur und Format zwischen diesen Sprachen.