Что такое парадигмы программирования
Парадигма программирования — это определенная совокупность идей и концепций, которая определяет подход к написанию кода. Парадигмы описывают комплекс принципов и правил, следование которым позволяет программистам определять стиль программирования, способ решения задач. Это способствует лучшей организации кода, а также повышению его поддерживаемости.
Здесь будут рассмотрены две самые распространенные парадигмы: императивная и декларативная. Они имеют массу различий, а также преимущества, недостатки, сферы применения.
Императивная парадигма программирования
Императивная парадигма программирования распространена больше, чем декларативная. Она предполагает, что разработчик в своем коде описывает шаги, которые нужно сделать, чтобы достичь нужного результата. Другими словами, следуя этой парадигме, программист создает последовательность инструкций для компьютера, пошаговое выполнение которых приведет к нужному результату. Среди таких инструкций могут быть выполнение математических операций (например, a * b), вызов функций, вывод на экран текста или значений переменных, запись данных в файлы. Циклы и условные конструкции — это также важные инструменты для создания инструкций.
В императивном подходе существует понятие состояния программы — это вся информация, которая в ней хранится в определенный момент (переменные, различные структуры данных и так далее). Управление состоянием — это важная функция программиста, так как состояние влияет на поведение программы.
Среди самых распространенных языков, содержащих инструменты для императивного подхода к программированию, — Python, Java, C и C++.
Можно выделить несколько преимуществ данного подхода:
- императивную парадигму просто понять, так как человеку свойственно продумывать алгоритмы, чтобы достигнуть цели. Например, если человек хочет приготовить какое-то блюдо, то сначала он купит ингредиенты, затем подготовит их, а потом начнет поэтапное приготовление;
- популярность — императивную парадигму легко изучать на практике, так как большая часть распространенных языков программирования поддерживает необходимые для этого инструменты;
- строгий контроль над выполнением программы.
Декларативная парадигма программирования
Декларативная парадигма программирования распространена меньше и имеет существенные отличия от императивной. Декларативный подход предполагает, что специалист описывает необходимый результат (то есть то, что должно быть сделано). При этом конкретные шаги, которые нужно сделать для достижения этого результата, программист описывать не должен. Также здесь уже не существует понятия состояния программы.
Мотивацией к применению этого подхода служит то, что специалист может сосредоточиться непосредственно на целях, тем самым упуская детали их достижения. Самыми популярными подходами, относящимися к декларативному подходу, являются логическое и функциональное программирование, где основные единицы программы — это функции.
Самые распространенные языки, поддерживающие инструменты для декларативного программирования: Haskell и SQL.
Преимущества декларативного подхода:
- более простой, короткий, менее запутанный код, чем при применении императивного подхода;
- меньше ошибок за счет отсутствия понятия состояния.
Но декларативный подход можно применять не для всех задач — это существенный недостаток.
Сравнение парадигм программирования
Для более глубокого и структурированного понимания различий между императивным и декларативным подходом к программированию рассмотрим таблицу:
| Императивная | Декларативная |
| Программа содержит набор пошаговых инструкций, которые выполняются последовательно для достижения нужного результата | Программа содержит описание необходимого результата без описания того, как он должен быть достигнут — специалист сосредоточен на задаче, а не на деталях ее решения |
| Программист занимается управлением состоянием — если он допустит ошибки, то их следствием могут быть неожиданное поведение программы, сбои и так далее | Понятия состояния и, соответственно, управления им не существует, что снижает вероятность появления ошибок |
| Оптимизация кода с целью повышения производительности — это задача разработчика | Код оптимизирует сама система, основываясь на правилах и ограничениях, описанных разработчиком |
| Программист имеет полный контроль над выполнением программы | Программист не контролирует выполнение программы напрямую |
| Можно решать разные задачи | Далеко не все задачи поддаются решению в рамках этого подхода |
| Более длинные, сложные, иногда плохо читаемые программы; могут возникать трудности с тестированием и отладкой | Код легко понять, так как он содержит описание результата; отладка кода выполняется проще |
| Процедурное, объектно-ориентированное, структурное программирование и другие подходы | Сюда относятся логическое и функциональное программирование |
Примеры использования парадигм программирования
Область использования подхода определяется тем, насколько для решения конкретной задачи важно управлять состоянием, контролировать аппаратные ресурсы и выполнение программы. Именно из-за того, что для решения многих задач это важно, декларативная парадигма имеет ограниченную область применения.
Несколько примеров использования императивной парадигмы:
- разработка игр — в этой области разработчику необходимо управлять состоянием, а также контролировать выполнение программы;
- разработка мобильных приложений (с использованием, например, языка Java) и десктопных программ (языки С# и C++). Для таких задач важна возможность реализации сложных алгоритмов , а также оптимизации производительности, что позволяет сделать императивная парадигма.
Некоторые примеры использования декларативного подхода:
- для стилизации страниц в интернете используется CSS-код, который описывает только то, как должны выглядеть элементы. То есть какой-то результат, без описания конкретных шагов для его достижения;
- при работе с базами данных применяется язык SQL — специалист описывает, какие данные ему нужно получить, при этом важность контроля процесса получения этих данных низкая.