Что такое функциональное программирование java
Перейти к содержимому

Что такое функциональное программирование java

  • автор:

Функциональное программирование в Java: определение, паттерны и применение

Lorem ipsum dolor

Как функциональное программирования в Java выглядит на деле. Для начала давайте создадим вот такой интерфейс:

public finish interface MyFunction

R apply(P form);

>

Потом возьмем и объявим анонимную реализацию выше описанного интерфейса. Например так:

public static void main()

// Объявим «анонимную функцию», присвоив ее значение переменной intAndString.

MyFunction intAndString = new MyFunction()

@Override public MyString apply(Integer from)

return from.AndString();

>

>;

intAndString.apply(8000); // Происходит вызов нашей «анонимной функции», где в ответ получим строку «8000».

>

Чуть выше мы показали, как реализовывается «анонимная функция». Если рассматривать ее с позиции функционального программирования, тогда она ничем не отличается от обычной функции функциональных языков программирования. То ест ь с ней можно делать все, что обычно делают программисты с функциями. Таким образом Java «превращается» из объектно-ориентированного языка в функциональный язык программирования.

Функциональное программировани е в Java: принципы

  • языки, которые специально спроектированы для реализации функциональной парадигмы, например : Haskell, Erlang, F# и др. ;
  • языки, которые поддерживают возможности объектно-ориентированного и функционального программирования, например : Java, JavaScript, Python, PHP, C++ и др. ;
  • языки, которые не поддерживают реализацию функционального программирования.
  1. Переменные и функции. Это важнейшие составляющие функциональной парадигмы. С переменными в Java все в порядке, а вот с функциями нужно повозиться и реализовывать их через «анонимные» интерфейсы и методы.
  2. Чистые функции. Такие функции не создают проблемных эффектов и при идентичном входящем значении всегда выдают одинаковый вывод. Благодаря «чистым» функциям снижается риск возникновения ошибок в программе.
  3. Неизменяемые данные и состояния. После их определения данны е или состояни я н е могут видоизменяться. Благодаря этому свойству сохраняется постоянство рабочей среды для выводящих значений функции. При соблюдении этого принципа каждая функция воспроизводит один и тот же результат и не имеет зависимости от состояния программного обеспечения. Также такой принцип исключает применение функций с общим состоянием. Это когда в одно состояние программы упира е тся несколько функций.
  4. Рекурсия. Это способ осуществлять перебор информации в функциональном программировании без использования цикла «if. else».
  5. Первоклассность функций. Этот принцип позволяет применять функци ю к ак обычное значение. Например, можно заполнить функциями массив или сохранить их в переменной.
  6. Высший порядок функции. Этот принцип позволяет одной функции использовать другую функцию в качестве своего аргумента или возвращать ее в качестве исходящего значения.
  7. Композиция функций. Этот принцип подразумевает построение структуры из функций, где результат выполнения одной функции будет передаваться в другую функцию , и так дальше по цепочке. Таким образом, при помощи вызова одной функции можно спровоцировать исполнение целой цепочки функций.

Преимущество функционального программирования в Java

  • более легкая отладка за счет использования «чистых» функций и неизменных данных;
  • отложенное вычисление происходит за счет того, что функциональная программа вычисляется только при надобности;
  • модульность достигается за счет того, что «чистые» функции можно использовать в разных областях одного кода;
  • улучшенная читабельность достигается за счет того, что поведение каждой отдельной функции предсказуемо и неизменно;
  • облегченное параллельное программирование;
  • и др.

Заключение

Функциональное программирование в Java не является основной парадигмой, однако тоже довольно просто реализуется. Обычно функциональное программирование имеет смысл применять тогда, когда программные решения легко выражаются при помощи функций и не имеют тесной связи с реальным миром. ООП чаще всего реализуется, когда п рограмма моделируется с использованием объектов из реальной жизни. Подробнее на разнице между ФП и ООП мы остановимся в следующих статьях.

Мы будем очень благодарны

если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.

Что такое функциональное программирование

В программировании есть два больших подхода — императивное и функциональное. Они существенно отличаются логикой работы, ещё и создают путаницу в названиях. Сейчас объясним.

�� Функциональное — это про функции?

❌ Нет. Функциональное — это не про функции. Функции есть почти в любых языках программирования: и в функциональных, и в императивных. Отличие функционального программирования от императивного — в общем подходе.

Метафора: инструкция или книга правил

Представьте, что вы открываете кафе-столовую. Сейчас у вас там два типа сотрудников: повара и администраторы.

Для поваров вы пишете чёткие пошаговые инструкции для каждого блюда. Например:

  1. Налить воды в кастрюлю
  2. Поставить кастрюлю с водой на огонь
  3. Добавить в кастрюлю с водой столько-то соли
  4. Если нужно приготовить 10 порций, взять одну свёклу. Если нужно приготовить 20 порций, взять две свёклы.
  5. Почистить всю свёклу, которую вы взяли

Повар должен следовать этим инструкциям ровно в той последовательности, в которой вы их написали. Нельзя сначала почистить свёклу, а потом взять её. Нельзя посолить кастрюлю, в которой нет воды. Порядок действий важен и определяется вами. Это пример императивного программирования. Вы повелеваете исполнителем. Можно сказать, что исполнители выполняют ваши задания.

Для администратора вы пишете не инструкцию, а как бы книгу правил:

  • У нас нельзя со своим. Если гости пришли со своим, то сделать им замечание такое-то.
  • В зале должно быть чисто. Если в зале грязно, вызвать уборщика.
  • Если образовалась очередь, открыть дополнительную кассу.

Это тоже команды, но исполнять их администратор будет не в этой последовательности, а в любой на своё усмотрение. Можно сказать, что задача этого человека — исполнять функции администратора, и мы описали правила, по которым эти функции исполнять. Это пример функционального программирования.

Что такое функциональное программирование

❌ Программисты, не бомбите

Конечно же, это упрощено для понимания. Вы сами попробуйте это нормально объяснить (можно прямо в комментах).

Императивное программирование

Примеры языков: C, С++, Go, Pascal, Java, Python, Ruby

Императивное программирование устроено так:

В языке есть команды, которые этот язык может выполнять. Эти команды можно собрать в подпрограммы, чтобы автоматизировать некоторые однотипные вычисления. В каком порядке записаны команды внутри подпрограммы, в том же порядке они и будут выполняться.

Есть переменные, которые могут хранить данные и изменяться во время работы программы. Переменная — это ячейка для данных. Мы можем создать переменную нужного нам типа, положить туда какое-то значение, а потом поменять его на другое.

Если подпрограмме на вход подать какое-то значение, то результат будет зависеть не только от исходных данных, но и от других переменных. Например, у нас есть функция, которая возвращает размер скидки при покупке в онлайн-магазине. Мы добавляем в корзину товар стоимостью 1000 ₽, а функция должна нам вернуть размер получившейся скидки. Но если скидка зависит от дня недели, то функция сначала проверит, какой сегодня день, потом посмотрит по таблице, какая сегодня скидка.

Получается, что в разные дни функция получает на вход 1000 ₽, но возвращает разные значения — так работает императивное программирование, когда всё зависит от других переменных.

Последовательность выполнения подпрограмм регулируется программистом. Он задаёт нужные условия, по которым движется программа. Вся логика полностью продумывается программистом — как он скажет, так и будет. Это значит, что разработчик может точно предсказать, в какой момент какой кусок кода выполнится — код получается предсказуемым, с понятной логикой работы.

Если у нас код, который считает скидку, должен вызываться только при финальном оформлении заказа, то он выполнится именно в этот момент. Он не посчитает скидку заранее и не пропустит момент оформления.

�� Суть императивного программирования в том, что программист описывает чёткие шаги, которые должны привести код к нужной цели.

Звучит логично, и большинство программистов привыкли именно к такому поведению кода. Но функциональное программирование работает совершенно иначе.

Функциональное программирование

Примеры языков: Haskell, Lisp, Erlang, Clojure, F#

Смысл функционального программирования в том, что мы задаём не последовательность нужных нам команд, а описываем взаимодействие между ними и подпрограммами. Это похоже на то, как работают объекты в объектно-ориентированном программировании, только здесь это реализуется на уровне всей программы.

Например, в ООП нужно задать объекты и правила их взаимодействия между собой, но также можно и написать просто код, который не привязан к объектам. Он как бы стоит в стороне и влияет на работу программы в целом — отправляет одни объекты взаимодействовать с другими, обрабатывает какие-то результаты и так далее.

Функциональное программирование здесь идёт ещё дальше. В нём весь код — это правила работы с данными. Вы просто задаёте нужные правила, а код сам разбирается, как их применять.

Если мы сравним принципы функционального подхода с императивным, то единственное, что совпадёт, — и там, и там есть команды, которые язык может выполнять. Всё остальное — разное.

Команды можно собирать в подпрограммы, но их последовательность не имеет значения. Нет разницы, в каком порядке вы напишете подпрограммы — это же просто правила, а правила применяются тогда, когда нужно, а не когда про них сказали.

Переменных нет. Вернее, они есть, но не в том виде, к которому мы привыкли. В функциональном языке мы можем объявить переменную только один раз, и после этого значение переменной измениться не может. Это как константы — записали и всё, теперь можно только прочитать. Сами же промежуточные результаты хранятся в функциях — обратившись к нужной, вы всегда получите искомый результат.

Функции всегда возвращают одно и то же значение, если на вход поступают одни и те же данные. Если в прошлом примере мы отдавали в функцию сумму в 1000 ₽, а на выходе получали скидку в зависимости от дня недели, то в функциональном программировании если функция получит в качестве параметра 1000 ₽, то она всегда вернёт одну и ту же скидку независимо от других переменных.

Можно провести аналогию с математикой и синусами: синус 90 градусов всегда равен единице, в какой бы момент мы его ни посчитали или какие бы углы у нас ещё ни были в задаче. То же самое и здесь — всё предсказуемо и зависит только от входных параметров.

Последовательность выполнения подпрограмм определяет сам код и компилятор, а не программист. Каждая команда — это какое-то правило, поэтому нет разницы, когда мы запишем это правило, в начале или в конце кода. Главное, чтобы у нас это правило было, а компилятор сам разберётся, в какой момент его применять.

В русском языке всё работает точно так же: есть правила правописания и грамматики. Нам неважно, в каком порядке мы их изучили, главное — чтобы мы их вовремя применяли при написании текста или в устной речи. Например, мы можем сначала пройти правило «жи-ши», а потом правило про «не с глаголами», но применять мы их будем в том порядке, какой требуется в тексте.

�� Получается, что смысл функционального программирования в том, чтобы описать не сами чёткие шаги к цели, а правила, по которым компилятор сам должен дойти до нужного результата.

Курсы по программированию с нуля

Приходите к нам в ИТ. У нас есть удаленная работа, высокие зарплаты и удобное обучение в «Яндекс Практикуме». Старт бесплатно.

Курсы по программированию с нуля Курсы по программированию с нуля Курсы по программированию с нуля Курсы по программированию с нуля

Получите ИТ-профессию

В «Яндекс Практикуме» можно стать разработчиком, тестировщиком, аналитиком и менеджером цифровых продуктов. Первая часть обучения всегда бесплатная, чтобы попробовать и найти то, что вам по душе. Дальше — программы трудоустройства.

Функциональное программирование: что это такое, преимущества и недостатки

Функциональное программирование на сегодняшний день является одним из приоритетных направлений развития кода. Оно кардинально отличается от императивной, объектно-ориентированной парадигмы. К примеру, если в императивном подходе используются инструкции, то в функциональном – функции, набор правил, которые необходимо выполнять без строгой последовательности действий.

Haskell, Erlang, Clojur – яркие представители ФП. На другом берегу такие мастодонты, как C++, Java. Конечно, принципы первой группы языков применимы далеко не везде, однако в своих сферах они практически незаменимы. О том, что такое функциональное программирование, вы узнаете из нашего материала.

Что такое функциональные системы программирования

Практически каждый программист первым делом изучал объектно-ориентированную методологию разработок. Обычно вхождение в эту специальность предполагает знакомство с языками Java или C++, а в лучшем случае Ruby, Python или C#. Такой разработчик уже точно будет иметь представление о классах, объектах и т.д. Но вот основы функционального программирования, скорее всего, ему еще не будут знакомы. Эта парадигма существенно отличается не только от объектно-ориентированного подхода, но и от других методологий (процедурная, прототипно-ориентированная и др.).

Функциональное программирование становится все более востребованным. Это обусловлено рядом факторов. Нельзя сказать, что это новая парадигма. Так, еще в девяностых годах появился язык программирования Haskell, который и сейчас активно используется для ФП. В эту же категорию могут быть отнесены также Erlang, Scala, Clojure. Все подобные языки программирования объединяет одно очень важное преимущество. С их помощью можно писать конкурентные программные продукты, поэтому при их использовании отпадают такие проблемы, как взаимные блокировки и потокобезопасность.

Суть функциональной парадигмы программирования заключается в том, что разработчик должен задавать не последовательность требуемых команд, а описать принцип их взаимодействия с подпрограммами. Это напоминает работу в ООП, но в этом случае реализация осуществляется на уровне всего программного продукта.

Узнай, какие ИТ — профессии
входят в ТОП-30 с доходом
от 210 000 ₽/мес
Павел Симонов
Исполнительный директор Geekbrains

Команда GeekBrains совместно с международными специалистами по развитию карьеры подготовили материалы, которые помогут вам начать путь к профессии мечты.

Подборка содержит только самые востребованные и высокооплачиваемые специальности и направления в IT-сфере. 86% наших учеников с помощью данных материалов определились с карьерной целью на ближайшее будущее!

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Павел Симонов - исполнительный директор Geekbrains

Павел Симонов
Исполнительный директор Geekbrains

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2023

Поможет разобраться в актуальной ситуации на рынке труда

Подборка 50+ бесплатных нейросетей для упрощения работы и увеличения заработка

Только проверенные нейросети с доступом из России и свободным использованием

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

Список проверенных ресурсов реальных вакансий с доходом от 210 000 ₽

Получить подборку бесплатно
Уже скачали 26175

К примеру, в объектно-ориентированном программировании разработчик должен задать объекты и описать алгоритмы их взаимодействия друг с другом, но, при этом, есть возможность для написания кода, не связанного с ними. Такой код выглядит обособленным и оказывает влияние на работу всей программы. Он направляет некоторые объекты для взаимодействия между собой, осуществляет обработку определенных результатов и т.д.

Функциональная парадигма в этом плане продвинулась глубже. При таком программировании код описывает правила работы с данными. Разработчик лишь формирует необходимые условия, а код уже непосредственно определяет их практическое применение.

Сравнивая процедурное и функциональное программирование, можно отметить совпадения только в наличии команд, которые выполняет язык. Все остальные аспекты этих парадигм отличаются.

Понятие функционального программирования связано с парадигмами, при которых приложения разрабатываются путем последовательного использования функций. А при процедурном подходе применяются инструкции.

Сравнение императивного и функционального программирования

Можно решить, что термин «функциональный стиль программирования» говорит о функциях.

Но это не так. Функции представлены в различных парадигмах. Но в отношении функционального программирования отличие от императивного заключается в самом подходе к написанию приложений.

Для наглядности рассмотрим ситуацию с открытием кафе. Здесь предусмотрено наличие таких типов работников, как повара и администраторы.

Поварам необходимо предоставить пошаговую инструкцию по приготовлению каждого блюда. К примеру:

  1. Наполнить кастрюлю водой.
  2. Разместить кастрюлю на плите и установить определенную температуру нагрева.
  3. Посолить воду в кастрюле с использованием нужного количества соли.
  4. При приготовлении 10 порций, нужно использовать 1 свеклу, для 20 порций – 2 две свёклы и т.д.
  5. Почистить всю отобранную свеклу.

Функциональное программирование в Java

Что такое функциональное программирование? Если в двух словах, то функциональное программирование — это программирование, в котором функции являются объектами, и их можно присваивать переменным, передавать в качестве аргументов другим функциям, возвращать в качестве результата от функций и т. п. Преимущества, которые раскрывает такая возможность, будут понятны чуть позже. Пока нам надо разобраться, как в Java можно использовать саму конструкцию «функция».

Как известно, в Java нету функций, там есть только классы, методы и объекты классов. Зато в Java есть анонимные классы, то есть классы без имени, которые можно объявлять прямо в коде любого метода. Этим мы и воспользуемся. Для начала объявим такой интерфейс:

public final interface Function

Теперь в коде какого-нибудь метода мы можем объявить анонимную реализацию этого интерфейса:

public static void main() < // Объявляем "функцию", присваиваем ее переменной intToString. FunctionintToString = new Function() < @Override public String apply(Integer from) < return from.toString(); >>; intToString.apply(9000); // Вызываем нашу функцию. Получаем строку "9000". > 

Такую реализацию мы и будем называть «анонимной функцией». С точки зрения функционального программирования с ней можно делать все то же самое, что и с функцией из функциональных языков: присваивать переменным, передавать в качестве аргумента другим функциям(и методам классов), получать в качестве результата от функций(и методов классов).

Теперь можно перейти к изложению некоторых базовых паттернов функционального программирования.

Работа с коллекциями в функциональном стиле

Допустим, у нас есть некая коллекция целых чисел. Мы хотим их вывести на экран в виде строки, и каждое число в строке будет разделено через запятую. Нефункциональное решение выглядело бы примерно так:

public String joinNumbers(Collection numbers) < StringBuilder result = new StringBuilder(); boolean first = true; for (Integer number : numbers) < if (first) first = false; else result.append(", "); result.append(number); >return result; > 

Для реализации функционального решения нам потребуется сперва подготовить несколько функций и методов. Будем объявлять их в качестве статических полей класса:

public static final Function INT_TO_STRING = . // Уже реализовали выше // Берет поэлементно значения из коллекции from, преобразует их с помощью функции transformer // и возвращает список результатов преобразования в том же порядке. public static List map(Collection from, Function transformer) < ArrayListresult = new ArrayList(); for (F element : from) result.add(transformer.apply(element)); return result; > // Берет коллекцию произвольных элементов и конкатенирует их в строку public static String join(Collection from, String separator) < StringBuilder result = new StringBuilder(); boolean first = true; for (T element : from) < if (first) first = false; else result.append(separator); result.append(element); >return result.toString(); > 

Теперь наш метод joinNumbers будет выглядить следующим образом:

public String joinNumbers(Collection numbers)

Метод реализован ровно в одну простую строку.

  1. Методы map и join являются достаточно обобщенными, то есть их можно применять не только для решения данной задачи. Это значит, что их можно было бы выделить в некий утилитный класс, и использовать потом этот класс в разных частях проекта.
  2. Вместо класса Collection в методе map можно было бы передавать Iterable и возвращать новый Iterable , извлекая из переданной коллекции данные по мере обхода данных в возвращаемой коллекции, то есть извлекать элементы лениво, поэтапно, а не все сразу. Такая реализация, позволит, например, создавать цепочки преобразования данных, выделяя каждый этап преобразования в отдельную простую функцию, при этом эффективность алгоритма будет оставаться порядка O(n):
    map(map(numbers, MULTIPLY_X_2), INT_TO_STRING); // каждый элемент умножаем на два и приводим к строке.
  3. Создавая какой-нибудь класс, вы можете создавать для некоторых его методов статические поля, являющиеся функциями-обертками, делегирующими вызов apply на вызов соответствующего метода класса. Это позволит использовать «методы» объектов в функциональном стиле, например, в представленных выше конструкциях.

Работа с коллекциями с помощью Google Collections

  • interface Function . Интерфейс, аналогичный приведенному мной выше.
  • Iterables.filter . Берет коллекцию и функцию-предикат(функцию, возвращающую булево значение). В ответ возвращает коллекцию, содержающую все элементы исходной, на которые указанная функция вернула true. Удобно, например, если мы хотим отсеить из коллекции все четные числа: Iterables.filter(numbers, IS_ODD);
  • Iterables.transform . Делает то же самое, что функция map в моем примере выше.
  • Functions.compose . Берет две функции. Возвращает новую функция — их композицию, то есть функцию, которая получает элемент, подает его во вторую функцию, результат подает в первую функцию, и полученный из первой функции результат возвращает пользователю. Композицию можно использовать, например, так: Iterables.transform(numbers, Functions.compose(INT_TO_STRING, MULTIPLY_X_2));

В Google Collections конечно есть еще много других полезных вещей как для функционального программирования, так и для работы с коллекциями в императивном стиле.

Ссылки

  • Статья в Википедии о функциональном программировании.
  • Google Guava, проект, частью которого является Google Collections.
  • Видеопрезентация Google Collections с Joshua Bloch.
  • Apache Commons Collections. Решает схожие с Google Collections задачи, но был написан под Java 4, то есть без параметрических типов.

О чем хотелось бы рассказать еще

  1. Мутабельные и иммутабельные замыкания.
  2. Pattern-matcher.
  3. Монады.
  4. Распараллеливание с использованием функционального подхода.
  5. Комбинаторы парсеров.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *