Was ist funktionale Programmierung?

Was ist funktionale Programmierung?

Funktionale Programmierung (auch FP genannt) ist eine Herangehensweise an die Softwareentwicklung durch die Erstellung reiner Funktionen. Sie vermeidet Konzepte wie gemeinsam genutzten Zustand und veränderliche Daten, die in der objektorientierten Programmierung üblich sind.

Funktionale Programmiersprachen legen den Schwerpunkt auf Ausdrücke und Deklarationen anstatt auf die Ausführung von Anweisungen. Daher hängt die Wertausgabe in funktionalen Programmiersprachen – anders als bei anderen Prozeduren, die von einem lokalen oder globalen Zustand abhängen – ausschließlich von den an die Funktion übergebenen Argumenten ab.

Merkmale der funktionalen Programmierung

• Die funktionale Programmierung konzentriert sich auf die Ergebnisse, nicht auf den Prozess.
• Der Schwerpunkt liegt auf dem, was berechnet werden soll.
• Daten sind unveränderlich.
• Funktionale Programmierung zerlegt das Problem in Funktionen.
• Es basiert auf dem Konzept mathematischer Funktionen, die bedingte Ausdrücke und Rekursion zur Durchführung der Berechnung verwenden.
• Es unterstützt keine Iterationen wie Schleifenanweisungen und bedingte Anweisungen wie If-Else.

Geschichte der funktionalen Programmierung

• Die Grundlage der funktionalen Programmierung bildet der Lambda-Kalkül. Er wurde in den 1930er Jahren für die funktionale Anwendung, Definition und Rekursion entwickelt.
• LISP war die erste funktionale Programmiersprache. McCarthy entwarf sie im Jahr 1960.
• Ende der 70er Jahre definierten Forscher der Universität Edinburgh die ML (Metasprache).
• Anfang der 80er Jahre wurden in der Programmiersprache Hope algebraische Datentypen für Rekursion und Gleichungslogik eingeführt.
• Im Jahr 2004 wurde die funktionale Programmiersprache „Scala“ entwickelt.

Funktionale Programmiersprachen

Ziel jeder funktionalen Programmiersprache ist es, mathematische Funktionen nachzubilden. Der grundlegende Rechenprozess unterscheidet sich jedoch in der funktionalen Programmierung.

Hier sind einige der bekanntesten funktionalen Programmiersprachen:

• Haskell
• SML
• Clojure
• Scala
• erlang
• Clean
• F#
• ML/OCaml Lisp / Schema
• XSLT
• SQL
• Mathematica

Grundlegende funktionale Programmierterminologie und Concepts

Unveränderliche Daten

Unveränderliche Daten bedeuten, dass Sie Datenstrukturen einfach erstellen können sollten, anstatt bereits existierende zu verändern.

Referenzielle Transparenz

Funktionale Programme sollten Operationen so ausführen, als ob sie zum ersten Mal ausgeführt würden. Dadurch ist ersichtlich, was während der Programmausführung geschehen ist und welche Nebenwirkungen auftreten können. In der funktionalen Programmierung wird dies als referenzielle Transparenz bezeichnet.

Modularität

Modulares Design steigert die Produktivität. Kleine Module lassen sich schnell programmieren und sind besser wiederverwendbar, was die Programmentwicklung beschleunigt. Zudem können die Module separat getestet werden, wodurch sich der Zeitaufwand für Unit-Tests und Debugging reduziert.

Wartbarkeit

Wartbarkeit ist ein einfacher Begriff, der bedeutet, dass die FP-Programmierung leichter zu warten ist, da man sich keine Sorgen machen muss, versehentlich etwas außerhalb der gegebenen Funktion zu ändern.

Erstklassige Funktion

Der Begriff „Funktion erster Klasse“ bezeichnet Elemente einer Programmiersprache, deren Verwendung keinerlei Einschränkungen unterliegt. Daher können Funktionen erster Klasse an beliebiger Stelle im Programm vorkommen.

Schließung

Eine Closure ist eine innere Funktion, die auch nach Ausführung der Elternfunktion auf Variablen der Elternfunktion zugreifen kann.

Funktionen höherer Ordnung

Funktionen höherer Ordnung nehmen entweder andere Funktionen als Argumente entgegen oder geben sie als Ergebnisse zurück.

Funktionen höherer Ordnung ermöglichen partielle Anwendungen oder Currying. Diese Technik wendet eine Funktion nacheinander auf ihre Argumente an, wobei jede Anwendung eine neue Funktion zurückgibt, die das nächste Argument akzeptiert.

Reine Funktion

Eine „reine Funktion“ ist eine Funktion, deren Eingaben als Eingaben deklariert werden und keine davon ausgeblendet werden sollte. Die Ausgänge werden auch als Ausgänge deklariert.

Reine Funktionen wirken auf ihre Parameter. Eine Funktion, die keinen Wert zurückgibt, ist ineffizient. Außerdem liefert sie für gegebene Parameter immer denselben Wert.

Ejemplo:

Function Pure(a,b)
{
	return a+b;
}

Unreine Funktionen

Unreine Funktionen sind das genaue Gegenteil von reinen Funktionen. Sie haben versteckte Ein- oder Ausgaben, weshalb sie als unrein bezeichnet werden. Unreine Funktionen können nicht isoliert verwendet oder getestet werden, da sie Abhängigkeiten aufweisen.

Beispiel

int z;
function notPure(){
	z = z+10;
}

Funktionszusammensetzung

Bei der Funktionskomposition werden zwei oder mehr Funktionen zu einer neuen kombiniert.

Gemeinsame Staaten

Gemeinsamer Zustand ist ein wichtiges Konzept in der objektorientierten Programmierung. Im Grunde geht es darum, Objekten Eigenschaften hinzuzufügen. Wenn beispielsweise eine Festplatte ein Objekt ist, können Speicherkapazität und Festplattengröße als Eigenschaften hinzugefügt werden.

Side Effects

Nebenwirkungen sind Zustandsänderungen, die außerhalb einer aufgerufenen Funktion auftreten. Das Hauptziel jeder funktionalen Programmiersprache ist es, Nebenwirkungen zu minimieren, indem sie vom restlichen Softwarecode getrennt werden. In der funktionalen Programmierung ist es unerlässlich, Nebenwirkungen von der übrigen Programmlogik zu isolieren.

Die Vorteile der funktionalen Programmierung

• Ermöglicht es Ihnen, verwirrende Probleme und Fehler im Code zu vermeiden.
• Einfacher zu testen und auszuführen: Unit-Tests und Debugging von funktionalen Funktionen. Code.
• Parallelverarbeitung und Gleichzeitigkeit.
• Hot-Code-Deployment und Fehlertoleranz.
• Bietet bessere Modularität bei kürzerem Code.
• Gesteigerte Produktivität des Entwicklers.
• Unterstützt verschachtelte Funktionen.
• Funktionale Konstrukte wie Lazy Map & Lists usw.
• Ermöglicht die effektive Anwendung des Lambda-Kalküls.

Einschränkungen der funktionalen Programmierung

• Das funktionale Programmierparadigma ist nicht einfach und daher für Anfänger schwer verständlich.
• Schwer zu pflegen, da sich viele Objekte während der Codierung verändern.
• Erfordert viel Spott und einen aufwendigen Umgebungsaufbau.
• Die Wiederverwendung ist sehr kompliziert und erfordert ständiges Refactoring.
• Objekte stellen das Problem möglicherweise nicht korrekt dar.

Funktionale Programmierung vs. objektorientierte Programmierung

Häufig gestellte Fragen