- أفكار أساسية
- مميزات
- وظائف نقية
- ميزات من الدرجة الأولى
- الشفافية المرجعية
- العودية
- ثبات
- أمثلة
- النهج الحتمية والتصريحية
- وظائف نقية
- وظائف ككائنات من الدرجة الأولى
- مميزات
- أقصر وأسهل في الفهم
- لا يوجد تدفق للتحكم
- سلبيات
- التطبيقات
- منهجية وظيفية
- اللغات التي تدعم البرمجة الوظيفية
- د
- إرلانج
- هاسكل
- ML
- الجمل الموضوعي
- مخطط
- المراجع
في البرمجة الوظيفية ويستند يتوافق مع برمجة نمط على مفهوم تفيد سلوك برنامج كنموذج رياضي وظيفية بدلا من تسلسل واضح من الإرشادات لمعالج، وهو المفهوم الرئيسي في البرمجة حتمية.
تؤكد اللغة الوظيفية على العبارات والمصطلحات بدلاً من تنفيذ العبارات. في هذه البرمجة ، ستعتمد النتيجة فقط على المعلمات التي يتم تمريرها إلى وظيفة ، على عكس الأنواع الأخرى التي تخضع لحالة محلية أو عالمية.
رسم تخطيطي لكيفية عمل وظيفة الخرائط في لغة البرمجة الوظيفية هاسكل. المصدر: بواسطة Pluke - العمل الخاص ، CC0 commons.wikimedia.org.
يأتي اسمها من الدوال الرياضية ، وهي عبارة عن تخصيص مجموعة من المدخلات لمجموعة من المخرجات. لا تؤدي الوظيفة الرياضية أي عمل فعليًا ، ولكنها تصف نموذج العملية ، وتشرح عن طريق صيغة ما تنتجه مجموعة المدخلات في دالة.
أفكار أساسية
كان الأساس الذي قامت عليه البرمجة الوظيفية هو حساب لامدا ، والذي تم تطويره خلال العقد الثالث من القرن العشرين لتحديد الوظائف وتطبيقها. كانت LISP أول لغة برمجة من نوعها ، تم تصميمها في عام 1960.
على الرغم من أن معظم لغات البرمجة تتكون من المدخلات والمخرجات والمتغيرات الخارجية التي يمكن تعيينها أو استخدامها من داخل الوظائف ، إلا أن البرمجة الوظيفية تتجنب ذلك. الفكرة هي أنه في كل مرة يتم فيها استدعاء دالة بنفس المعلمات ، يجب أن تُرجع نفس القيمة.
مميزات
تسمى لغات البرمجة الوظيفية بالتطبيقات ، لأن الوظائف تُطبَّق على معلماتها ، وكذلك التعريفية وغير الإجرائية ، لأن التعريفات تحدد ما يجب حسابه وليس كيفية حسابه.
وظائف نقية
تكون الوظيفة نقية عندما لا يكون لها آثار جانبية يمكن ملاحظتها ، مثل تغيير المتغيرات الخارجية وتغييرات نظام الملفات وما إلى ذلك.
تعتبر هذه الوظائف مقنعة لأنها لن تغير صراحة أي متغيرات قد تعتمد عليها أجزاء أخرى من الكود في مرحلة ما. قد يبدو الترميز بهذه القيود أمرًا محرجًا ، ولكن يجب اعتبار هذه الوظائف حتمية ويمكن التنبؤ بها وقابلة للتكوين.
ميزات من الدرجة الأولى
تعتبر الدوال قيمًا يمكن تخصيصها للمتغيرات ، بحيث يمكن تمريرها وإعادتها من الوظائف الأخرى. بمعنى ، يمكن استخدام الوظيفة كما لو كانت معلمة أو كقيمة يتم إرجاعها.
هذا يعني أنه يمكن تمرير الوظيفة على هذا النحو ، بدلاً من مجرد نتيجة الوظيفة. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك وظيفة double (x) ، التي ترجع ضعف قيمة معلمة الإدخال الخاصة بها. وبالتالي ، فإن double (2) ستعيد 4.
نظرًا لأنها دالة من الدرجة الأولى ، فإن الكود (double (double (2)) سيكون هو نفسه الرمز المزدوج (4). وهذا يسمح لك بتداخل وظيفة واحدة كمعامل لأخرى ، وهكذا.
الشفافية المرجعية
يشير إلى حقيقة أنه في نمط البرمجة هذا لا توجد بيانات تخصيص. بمعنى أنه يجب عليك تحديد متغيرات جديدة إذا كنت تريد تخزين قيم إضافية. لذلك ، فإن حالة المتغير ثابتة في جميع الأوقات.
هذا يلغي أدنى احتمال للتأثيرات غير المرغوب فيها ، لأنه يمكن استبدال أي متغير بقيمته الحقيقية خلال أي نقطة من تنفيذ البرنامج.
العودية
في البرمجة الوظيفية لا توجد حلقات "for" و "while". بدلاً من ذلك ، يعتمد التكرار على العودية. يتم تنفيذ العودية باستخدام الدوال العودية ، التي تسمي نفسها بشكل متكرر حتى يتم الوصول إلى الحالة الأساسية.
ثبات
المتغيرات غير قابلة للتغيير ، أي أنه لا يمكن تعديل متغير بمجرد تهيئته. على الرغم من أنه يمكنك إنشاء متغير جديد ، إلا أن تعديل المتغيرات الحالية غير مسموح به.
أمثلة
النهج الحتمية والتصريحية
باستخدام مثال ، يمكنك تحليل الاختلاف بين هذه الأساليب ، وتنفيذ نفس العملية في كلا الترتيبين ، وهو تصفية الأرقام الفردية من قائمة مع استبدال 5 للأرقام الزوجية الأقل من 5.
إنها نفس العملية الحسابية والنتيجة نفسها. ومع ذلك ، كما ترى ، رمز الأمر مطول وغير واضح على الفور. من ناحية أخرى ، فإن النهج التصريحي مقروء وصريح ، لأنه يركز على ما تريد الحصول عليه.
وظائف نقية
يمكن توضيح ما يُعرَّف بأنه وظائف نقية وغير نقية ببعض الأمثلة الأساسية:
وظائف ككائنات من الدرجة الأولى
يعني استخدام الوظائف بنفس طريقة استخدام البيانات. لذلك ، يمكن تمريرها كمعلمات إلى وظيفة أخرى. في المثال التالي ، يمكن تمرير الدالة int كمعامل لوظيفة map:
>>> قائمة (خريطة (int ،))
يمكن تخصيصها للمتغيرات وإعادتها. على سبيل المثال ، في الكود التالي يمكنك تعيين وظيفة hello_world ، ثم تنفيذ المتغير كدالة.
مميزات
- ركز على ما تريد تحقيقه (تصريحي) وليس على كيفية تحقيقه (حتمي).
- لا تحتوي على عبارات إسناد ، لذلك بعد إعطاء قيمة للمتغيرات ، لن تتغير بعد الآن. لذلك ، لا تحتوي البرامج الوظيفية على أي آثار جانبية.
- التدفق المنطقي واضح ، لأن الحالة أقل تشتتًا ولا يتم تعديلها ضمنيًا.
- يدعم مفهوم التقييم الكسول ، مما يعني أن القيمة يتم تقييمها وتخزينها فقط عند الضرورة.
- نظرًا لأن الوظائف البحتة لا تغير أي حالة وتعتمد كليًا على المدخلات ، فمن السهل فهمها. قيمة الإرجاع التي تقدمها هذه الوظائف هي نفس النتيجة التي تنتجها.
- نظرًا لطبيعة الوظائف البحتة لتجنب تغير المتغيرات أو أي تغيير في البيانات الخارجية ، يصبح تنفيذ التزامن فعالاً.
- يتم التعامل مع الوظائف كقيم ، وتمريرها إلى وظائف أخرى كمعلمات. هذا يحسن فهم الكود وقابلية قراءته.
- تأخذ الوظائف الصرفة المعلمات مرة واحدة ، وتنتج مخرجات ثابتة. استخدام قيم غير قابلة للتعديل يجعل التصحيح والاختبار أسهل.
أقصر وأسهل في الفهم
إنها أقصر وأسهل في الفهم من الضرورات. أظهرت الدراسات أن متوسط إنتاجية المبرمج من حيث سطور التعليمات البرمجية هو نفسه تقريبًا لأي لغة برمجة ، مما يترجم إلى إنتاجية أعلى.
لا يوجد تدفق للتحكم
لا يمكن أن يكون لاستدعاء وظيفة تأثير مختلف عن حساب نتيجتها. هذا يستبعد مصدرًا رئيسيًا للأخطاء ، كما يجعل ترتيب التنفيذ غير ذي صلة ، حيث لا يمكن لأي أثر جانبي أن يغير قيمة التعبير ، ويمكن تقييمه في أي وقت.
يُعفى المبرمج من عبء إنشاء تدفق للتحكم. نظرًا لأنه يمكن تقييم التعبيرات في أي وقت ، يمكن استبدال المتغيرات بقيمها.
هذا الاستقلالية تجعل البرامج الوظيفية أكثر قابلية للإدارة من الناحية الرياضية من البرامج التقليدية.
سلبيات
- نموذج البرمجة الوظيفية ليس بسيطًا ، لذلك يصعب على المبتدئين فهمه.
- من الصعب الحفاظ عليها لأن العديد من الكائنات تتطور أثناء التشفير.
- في بعض الحالات ، تؤدي كتابة وظائف نقية إلى تقليل سهولة قراءة الكود.
- يمكن أن تؤدي القيم غير القابلة للتغيير مع التكرار إلى انخفاض كبير في أداء النظام.
- إعادة الاستخدام معقدة للغاية وتتطلب إعادة بناء دائم.
- كتابة البرامج بأسلوب تعاودي بدلاً من استخدام الحلقات التكرارية يمكن أن تكون مهمة شاقة للغاية.
- قد لا تمثل الكائنات المشكلة بشكل صحيح.
- على الرغم من أن كتابة وظائف نقية أمر بسيط ، إلا أن دمجها مع باقي التطبيق ومع عمليات الإدخال / الإخراج أمر صعب للغاية
التطبيقات
تتم برمجة الذكاء الاصطناعي بلغات البرمجة الوظيفية وتهاجر تقنيات الذكاء الاصطناعي إلى تطبيقات العالم الحقيقي.
كما أنها تتفوق في تنفيذ النماذج الرياضية المعقدة. لهذا السبب ، كان أحد الاستخدامات الرئيسية للغات الوظيفية تقليديًا أكاديميًا. وهي مفيدة لتطوير المواصفات القابلة للتنفيذ وتنفيذ النماذج الأولية.
تتفوق العديد من اللغات الوظيفية أيضًا في تنفيذ المعالجة المتوازية. ويرجع ذلك إلى قدرتها على الاستفادة من الوظائف البحتة ، والتي تُرجع دائمًا نفس القيمة بغض النظر عن الترتيب الذي يتم تنفيذها به.
منهجية وظيفية
يستخدم WhatsApp لغة برمجة Erlang ، التي تتبع نموذج البرمجة الوظيفية ، مما يسمح لأكثر من مائة من موظفيها بالتعامل مع البيانات الخاصة بحوالي 1.6 مليار شخص.
حاملة مهمة أخرى لأسلوب البرمجة الوظيفية هي Haskell. يتم استخدامه بواسطة Facebook في نظام مكافحة البريد العشوائي. حتى JavaScript ، إحدى لغات البرمجة الأكثر استخدامًا ، تتباهى بخصائص لغة وظيفية مكتوبة ديناميكيًا.
اللغات التي تدعم البرمجة الوظيفية
د
تم تصميمه بعد C ++ ، وحصل على جميع فوائده مع التخلص من نقاط الضعف الملحوظة التي يجب أن تكون متوافقة مع C.
إرلانج
إنه قابل للتطوير ومتزامن بدرجة كبيرة ، مما يجعله مثاليًا للاتصالات السلكية واللاسلكية والتطبيقات الأخرى التي تتلقى كميات هائلة من البيانات بترتيب لا يمكن التنبؤ به.
هاسكل
هذه لغة برمجة وظيفية خالصة ، تستخدم حساب Lambda.
ML
يتم استخدامه في التطبيقات الرياضية والعلمية والمالية والتحليلية وغيرها. تتمثل إحدى نقاط قوتها في صنع برنامج للتعامل مع البرامج الأخرى.
الجمل الموضوعي
إنها لغة مفتوحة المصدر تعتمد على Caml. تميل إلى إنشاء برامج خفيفة الوزن للغاية ، مما يساعدها على التحميل والتشغيل بشكل أسرع من تلك التي أنشأتها اللغات الأخرى.
مخطط
وهو يعتمد على بناء جملة LISP وهيكل ALGOL. نظرًا لبساطته ، يتم استخدامه في العديد من دورات علوم الكمبيوتر كمقدمة لتصميم البرنامج لإظهار بعض أساسيات برمجة الكمبيوتر.
المراجع
- من يستضيف هذا (2019). تعلم البرمجة الوظيفية: هذا النمط من البرمجة سيفجر عقلك. مأخوذة من: whoishostingthis.com.
- أندريا بيرتولي (2019). مقدمة مناسبة للبرمجة الوظيفية. مأخوذة من: dev.to.
- هاكر إيرث (2020). البرمجة الوظيفية. مأخوذة من: hackerearth.com.
- كلوجور (2020). البرمجة الوظيفية. مأخوذة من: clojure.org.
- أخيل بهادوال (2020). البرمجة الوظيفية: المفاهيم والمزايا والعيوب والتطبيقات. هاك. مأخوذة من: hackr.io.
- Guru99 (2020). ما هي البرمجة الوظيفية؟ البرنامج التعليمي مع المثال. مأخوذة من: guru99.com.