В чем суть процедурного подхода к программированию
«Забытые» парадигмы программирования
Получилось так, что те парадигмы, которые раньше потом и кровью пробивались в свет через орды приверженцев традиционных методов постепенно забываются. Эти парадигмы возникли на заре программирования и то, почему они возникали, какие преимущества они давали и почему используются до сих пор полезно знать любому разработчику.
Ладно. Введение это очень весело, но вы его все равно не читаете, так что кому интересно — добро пожаловать под кат!
Императивное программирование
Исторически сложилось так, что подавляющее большинство вычислительной техники, которую мы программируем имеет состояние и программируется инструкциями, поэтому первые языки программирования в основном были чисто императивными, т.е. не поддерживали никаких парадигм кроме императивной.
Это были машинные коды, языки ассемблера и ранние высокоуровневые языки, вроде Fortran.
Ключевые моменты:
В этой парадигме вычисления описываются в виде инструкций, шаг за шагом изменяющих состояние программы.
В низкоуровневых языках (таких как язык ассемблера) состоянием могут быть память, регистры и флаги, а инструкциями — те команды, что поддерживает целевой процессор.
В более высокоуровневых (таких как Си) состояние — это только память, инструкции могут быть сложнее и вызывать выделение и освобождение памяти в процессе своей работы.
В совсем высокоуровневых (таких как Python, если на нем программировать императивно) состояние ограничивается лишь переменными, а команды могут представлять собой комплексные операции, которые на ассемблере занимали бы сотни строк.
Основные понятия:
Порожденные понятия:
— Присваивание
— Переход
— Память
— Указатель
Языки поддерживающие данную парадигму:
Как основную:
— Языки ассемблера
— Fortran
— Algol
— Cobol
— Pascal
— C
— C++
— Ada
Как вспомогательную:
— Python
— Ruby
— Java
— C#
— PHP
— Haskell (через монады)
Стоит заметить, что большая часть современных языков в той или иной степени поддерживает императивное программирование. Даже на чистом функциональном языке Haskell можно писать императивно.
Структурное программирование
Структурное программирование — парадигма программирования (также часто встречающееся определение — методология разработки), которая была первым большим шагом в развитии программирования.
Основоположниками структурного программирования были такие знаменитые люди как Э. Дейкстра и Н. Вирт.
Языками-первопроходцами в этой парадигме были Fortran, Algol и B, позже их приемниками стали Pascal и C.
Ключевые моменты:
Эта парадигма вводит новые понятия, объединяющие часто используемые шаблоны написания императивного кода.
В структурном программировании мы по прежнему оперируем состоянием и инструкциями, однако вводится понятие составной инструкции (блока), инструкций ветвления и цикла.
Благодаря этим простым изменениям возможно отказаться от оператора goto в большинстве случаев, что упрощает код.
Иногда goto все-же делает код читабельнее, благодаря чему он до сих пор широко используется, несмотря на все заявления его противников.
Основные понятия:
— Блок
— Цикл
— Ветвление
Языки поддерживающие данную парадигму:
Как основную:
Как вспомогательную:
— C#
— Java
— Python
— Ruby
— JavaScript
Поддерживают частично:
— Некоторые макроассемблеры (через макросы)
Опять-же большая часть современных языков поддерживают структурную парадигму.
Процедурное программирование
Опять-же возрастающая сложность программного обеспечения заставила программистов искать другие способы описывать вычисления.
Собственно еще раз были введены дополнительные понятия, которые позволили по-новому взглянуть на программирование.
Этим понятием на этот раз была процедура.
В результате возникла новая методология написания программ, которая приветствуется и по сей день — исходная задача разбивается на меньшие (с помощью процедур) и это происходит до тех пор, пока решение всех конкретных процедур не окажется тривиальным.
Ключевые моменты:
Процедура — самостоятельный участок кода, который можно выполнить как одну инструкцию.
В современном программировании процедура может иметь несколько точек выхода (return в C-подобных языках), несколько точек входа (с помощью yield в Python или статических локальных переменных в C++), иметь аргументы, возвращать значение как результат своего выполнения, быть перегруженной по количеству или типу параметров и много чего еще.
Основные понятия:
Порожденные понятия:
— Вызов
— Аргументы
— Возврат
— Рекурсия
— Перегрузка
Языки поддерживающие данную парадигму:
Как основную:
— C
— C++
— Pascal
— Object Pascal
Как вспомогательную:
— C#
— Java
— Ruby
— Python
— JavaScript
Поддерживают частично:
— Ранний Basic
Стоит отметить, что несколько точек входа из всех этих языков поддерживаются только в Python.
Модульное программирование
Который раз увеличивающаяся сложность программ заставила разработчиков разделять свой код. На этот раз процедур было недостаточно и в этот раз было введено новое понятие — модуль.
Забегая вперед скажу, что модули тоже оказались неспособны сдержать с невероятной скоростью растущую сложность ПО и в последствии появились пакеты (это тоже модульное программирование), классы (это уже ООП), шаблоны (обобщенное программирование).
Программа описанная в стиле модульного программирования — это набор модулей. Что внутри, классы, императивный код или чистые функции — не важно.
Благодаря модулям впервые в программировании появилась серьезная инкапсуляция — возможно использовать какие-либо сущности внутри модуля, но не показывать их внешнему миру.
Ключевые моменты:
Модуль — это отдельная именованная сущность программы, которая объединяет в себе другие программные единицы, близкие по функциональности.
Например файл List.mod включающий в себя класс List
и функции для работы с ним — модуль.
Папка Geometry, содержащая модули Shape, Rectangle и Triangle — тоже модуль, хоть и некоторые языки разделяют понятие модуля и пакета (в таких языках пакет — набор модулей и/или набор других пакетов).
Модули можно импортировать (подключать), для того, чтобы использовать объявленные в них сущности.
Основные понятия:
Порожденные понятия:
Языки поддерживающие данную парадигму:
Как основную:
— Haskell
— Pascal
— Python
Как вспомогательную:
— Java
— C#
— ActionScript 3
Поддерживают частично:
— C/C++
В некоторых языках для модулей введены отдельные абстракции, в других же для реализации модулей можно использовать заголовочные файлы (в C/C++), пространства имен, статические классы и/или динамически подключаемые библиотеки.
Вместо заключения
В данной статье я не описал популярные сейчас объектно-ориентированное, обобщенное и функциональное программирование. Просто потому, что у меня есть свое, довольно радикальное мнение на этот счет и я не хотел разводить холивар. По крайней мере сейчас. Если тема окажется полезной для сообщества я планирую написать несколько статей, изложив основы каждой из этих парадигм подробно.
Также я ничего не написал про экзотические парадигмы, вроде автоматного, аппликативного, аспект/агент/компонент-ориентированного программирования. Я не хотел делать статью сильно большой и опять-же если тема будет востребована, я напишу и об этих парадигмах, возможно более подробно и с примерами кода.
PHP — ООП или процедурный подход
PHP один из самых популярных скриптовых языков программирования. Почти 60% веб серверов используют PHP.Миллионы веб-сайтов и веб-приложений разрабатываются на PHP каждый месяц.
PHP изначально разрабатывался как простая замена языку Perl, и уже спустя пару лет он стал чрезвычайно мощным и популярным. Язык PHP, сам по себе очень похож на ANSI C.
Одна из причин почему PHP стал таким популярным это его короткий период обучения.
Изучение PHP абсолютно не тяжёлое занятие, особенно если вы хорошо знакомы с синтаксисом Java или C.
Так как писать PHP скрипты достаточно просто, любой может написать PHP код без соблюдения каких-либо соглашений и смешивая уровень представления с бизнес логикой (это одна из основных причин существования большого количества неуправляемых проектов). Потому что в PHP не обязательно строгое соответствие соглашений написания кода, с годами когда проект становится всё больше и больше, он превращается в громадное неуправляемое приложение.
ООП или Объе́ктно-ориенти́рованное программи́рование хорошо применяется в практике программирования для более лёгкого создания управляемых проектов.
Процедурный подход подразумевает написание программного кода без использования объектов. Процедурное программирование заключается в написании кода с или без подпрограмм.
ООП обучает любой язык программирования более хорошему программному коду и используется, для получения более высокой производительности и написания больших проектов, не боясь запутаться в их управлении. ООП даёт вам возможность создавать объекты которые можно будет использовать многократно, для того что бы вы или другие разработчики могли использовать их в своих проектах не переделывая их снова и снова. ООП убирает барьеры и сложности в написании и управлении большими приложениями.
PHP позволяет нам писать приложения 2мя разными способами, первый — процедурный, а второй объектно ориентированный. Если вы до сих пор не поняли разницу между этими двумя подходами, давайте посмотрим на эти куски кода — один и тот же пример написанный разными подходами.
Процедурный:
А вот тот же кусок кода с использованием ООП:
Если внимательно посмотреть на эти 2 куска кода то можно заметить, что код с использованием ООП более читабельный и легче для восприятия.
Код с ООП организован лучше потому что в нём понятно какой объект чем обрабатывается. Большие приложения написанные на процедурном подходе становится практически не возможно воспринимать уже после выхода нескольких версий. Конечно вы можете следовать жёстким правилам написания программного кода, но они утверждены миллионами разработчиков которые знают что это не даст вам в конечном итоге управляемости и юзабилити проекта, если вы не используете в своей программе ООП.
Почти все большие приложения написаны с использованием Объектно ориентированного
подхода.
Исходя из изложенного выше, можно вынести преимущества использования ООП:
ООП был создан что бы облегчить жизнь разработчикам. Используя ООП вы можете разбить ваши большие проблемы на маленькие проблемы, которые решать гораздо проще.
Основное требование ООП: всё что вы хотите сделать — делайте объектами. Объекты это отдельная маленькая часть кода которая может объединять данные и свойства вместе. В приложениях все объекты взаимодействуют друг с другом.
ООП может быть рассмотрен лучше с разных сторон, особенно когда вам важно время разработки и последующее развитие приложения.
Основные преимущества использования ООП можно выразить как:
* Повторное использование: Объект это логический объект у которого есть комплект свойств и методов и он может взаимодействовать с другими объектами.. Объект может быть абсолютно независимым или может зависеть от других объектов. Объект обычно создают для решения специфических поставленных проблем. Следовательно когда другие разработчики сталкиваются с похожими проблемами, они могут подключить ваш класс к своему проекту и использовать его не боясь что он нарушит процесс их разработки. Это позволяет избежать DRY, что расшифровывается как Don’t Repeat Yourself ( не повторяйся). В процедурном или модульном программировании, повторное использование возможно только в совокупности.
* Рефакторинг: Когда вам необходимо в проекте использовать рефакторинг, ООП предоставляем вам максимум преимуществ, так как все объекты это маленькие элементы и содержат свои свойства и методы как часть себя. По этому использовать рефакторинг относительно легко.
* Расширяемость: Если вам необходимо расширять функциональность вашего проекта, вы можете достичь лучших результатов при помощи ООП. Одна из основных функциональностей ООП это расширяемость. Вы можете использовать рефакторинг объектов что бы добавить функциональность. Работая над этим, вы по прежнему можете сохранить
прежнюю совместимость объекта — следовательно вы можете прекрасно работать и с прежним кодом. Или же вы можете расширить объект и создать абсолютно новый, который будет содержать все необходимые свойства и методы родительского объекта от которого происходит новый, а потом уже добавить в него новые функции. Это называется “наследование” и это очень важная возможность ООП.
* Поддержка: объектно-ориентированный код легче поддерживать так как
он следует весьма жёстким соглашениям написания кода и пишется в самопоясняющейся форме.
К примеру, когда разработчик дополняет, перерабатывает код, или отлаживает его, он может легко найти внутреннюю структуру кода и поддерживать код время от времени. Более того, когда в вашем окружении работает команда разработчиков ООП может быть лучшим решением так как вы можете распределять ваш код между членами команды, после разбития его на маленькие части. Эти маленькие части могут быть разработаны как отдельные объекты, следовательно разработчики могут работать практически независимо друг от друга. В конечном итоге объеденить все части в одно приложение не составит большого труда.
* Эффективность: Идея ООП в действительности была разработана для повышения эффективности и облегчения процесса разработки. Несколько шаблонов проектирования разработаны что бы создавать более эффективный и хороший код.
Более того в ООП вы можете вы можете размышлять над вашими решениями в более удобной форме чем в процедурном подходе. Поскольку вы разбиваете вашу проблему на несколько маленьких проблем и вы находите решение для каждой из них отдельно, большая проблема решается сама по себе.
Авторский перевод из книги Object Oriented Programming with PHP5
P.S мой первый хабратопик, если понравится буду переводить книгу дальше, как по мне довольно интересная и содержательная
Парадигмы программирования: что это такое и в чём различия
Когда программист начинает изучать свой первый язык — знакомится с его синтаксисом, пробует запускать простые команды, — он, как правило, не задумывается о том, в какой парадигме программирования работает. Только позже приходит осознание, что даже в пределах одного языка можно создавать разные в структурном плане программы. Выбрать ту парадигму, которая нравится, удаётся не всегда: во многом это зависит от актуальной ситуации в программировании, его тенденций, и, конечно, от языка.
Что такое парадигма программирования? Если в двух словах, то это набор принципов и методик по созданию кода. Они нужны, чтобы упорядочить программу и сделать её структурированной, удобной и понятной другим программистам, работающим в той же парадигме. Важно, чтобы и для вычислительной машины программа была ясной, подготовленной к быстрому и точному исполнению. Разберём основные парадигмы программирования.
Объектно-ориентированное программирование
Наиболее распространённая на данный момент парадигма. Это подвид императивного программирования — оно основано на последовательных вызовах команд, изменяющих данные, с которыми работает программа. Таким образом она оперирует объектами, и это удобно для многих приложений.
Новичков зачастую пугает аббревиатура ООП, но освоить парадигму объектно-ориентированного программирования не так сложно, как кажется. В своё время эта идея оказалась вирусной: создавать объекты, принадлежащие классам, а также использовать методы в качестве действий, которые может выполнить объект или которые можно произвести над ним. Много специалистов по Computer Science придерживаются такого подхода. Большое преимущество здесь в том, что программисту, использующему ООП, легко разобраться, что происходит в программе. Достаточно посмотреть, какие действия производит каждый из объектов.
Легче всего использовать ООП в Python, посложнее — в C++. Но если в этих языках у программиста ещё есть возможность увильнуть от ООП (например, для Python вполне подходит функциональное программирование), то в Java и C# всегда необходимо создавать классы, одних функций недостаточно.
Функциональное программирование
По распространённости функциональная парадигма программирования занимает второе место после ООП. Это развитие идей декларативного программирования: программа создаётся как инструмент, который решает определённую задачу и в итоге даёт нужный результат.
Между последователями разных парадигм, оказавшимися в одной ветке комментариев, всегда разгорается бесконечный холивар с обвинениями в «ООП/ФП головного мозга». Но бывают и программисты, готовые применить любой из подходов в зависимости от проекта.
Наиболее характерный для функционального программирования язык — Haskell. В реальных проектах он применяется редко, но будто создан для красивых решений в духе ФП — поэтому Haskell стал культовым среди профессиональных программистов, предпочитающих эту парадигму.
В ФП код программы состоит из функций, для которых подробно прописано, что должно быть на входе, а что — на выходе. Причём одну функцию вполне можно подать на вход другой в качестве аргумента. Так программа выполняется, запуская нужные функции.
Преимущества функционального подхода — в том, что код легко читать, а тестирование упрощается. Всё потому, что действия, производимые функцией, не зависят от внешнего состояния. Выполнение кода становится более предсказуемым, а неожиданные побочные эффекты — менее вероятными.
Помимо объектно-ориентированного и функционального программирования, есть и другие парадигмы. Некоторые из них уже вытеснены более современными подходами. Но есть и специфические парадигмы, которые нужны для конкретных ситуаций. Расскажем про несколько самых распространённых.
Процедурное программирование
Этот подход — разновидность императивной парадигмы программирования. Процедурами здесь называют команды, которые применяются в определённом порядке и последовательно меняют состояние памяти. После применения всех команд программа выдаёт результат.
Процедурное программирование применяется не только в классических языках вроде C и Pascal, но и в самых современных. Например, в Go, где помимо процедурного подхода можно применить и ООП, но с ограниченной функциональностью.
При процедурном подходе проще писать и поддерживать код, чем при объектно-ориентированном, но в то же время программы тяжелее масштабировать и создавать на их основе сложные проекты.
Метапрограммирование
Здесь программа, которую вы создаёте, сама генерирует код новой программы или модифицирует свой. С помощью этого подхода часть задач разработчика можно автоматизировать. А ещё он даёт возможность людям, не владеющим языками программирования, создавать программы с помощью графических интерфейсов или словесных команд на естественном языке — программа преобразует их в обычный код.
Обобщённое программирование
В этой парадигме программист создаёт обобщённые представления для классов и функций. То есть не просто классы, которые могут наследоваться (как в ООП), а шаблоны функций или классов (если применить такой подход в C++). Изначально у них отсутствуют требования типа данных для входных параметров, поэтому шаблоны можно сделать более универсальными.
Преимущество этой парадигмы в том, что можно создавать алгоритмы, которые будут работать с разными типами, и для этого не придётся добавлять реализации для каждого типа отдельно. Такой подход можно совместить как с ООП, так и с другими современными парадигмами программирования.
Логическое программирование
Логическое программирование — это подвид декларативного. Основан на выводе информации из заданных фактов и логических правил, которые к ним можно применить. При выполнении программ используются правила формальной логики.
Возможность применить эту парадигму заложена в языке Prolog — он позволяет вводить предложения в виде фактов и набора правил. Разработку Prolog начали ещё в 1970 году, и целью было понять естественный язык. Логика используется как средство формализовать его семантику. Если располагать фактической информацией о предметной области, можно автоматизировать выдачу информации по схеме «вопрос — ответ».
Хотя подавляющее большинство разработчиков используют объектно-ориентированное или функциональное программирование, эти парадигмы не стали абсолютными монополистами. Не исключено, что с развитием технологий — например, при переносе части вычислительных задач на квантовые компьютеры — актуальной станет какая-то новая, ещё не созданная парадигма.
Если вы хотите ближе познакомиться с разными языками, приглашаем вас на бесплатный вебинар «Основы программирования». На нём вы погрузитесь в основы профессии и определитесь, по какому пути хотите развиваться в мире разработки.
Когда программист начинает изучать свой первый язык — знакомится с его синтаксисом, пробует запускать простые команды, — он, как правило, не задумывается о том, в какой парадигме программирования работает. Только позже приходит осознание, что даже в пределах одного языка можно создавать разные в структурном плане программы. Выбрать ту парадигму, которая нравится, удаётся не всегда: во многом это зависит от актуальной ситуации в программировании, его тенденций, и, конечно, от языка.
Что такое парадигма программирования? Если в двух словах, то это набор принципов и методик по созданию кода. Они нужны, чтобы упорядочить программу и сделать её структурированной, удобной и понятной другим программистам, работающим в той же парадигме. Важно, чтобы и для вычислительной машины программа была ясной, подготовленной к быстрому и точному исполнению. Разберём основные парадигмы программирования.
Объектно-ориентированное программирование
Наиболее распространённая на данный момент парадигма. Это подвид императивного программирования — оно основано на последовательных вызовах команд, изменяющих данные, с которыми работает программа. Таким образом она оперирует объектами, и это удобно для многих приложений.
Новичков зачастую пугает аббревиатура ООП, но освоить парадигму объектно-ориентированного программирования не так сложно, как кажется. В своё время эта идея оказалась вирусной: создавать объекты, принадлежащие классам, а также использовать методы в качестве действий, которые может выполнить объект или которые можно произвести над ним. Много специалистов по Computer Science придерживаются такого подхода. Большое преимущество здесь в том, что программисту, использующему ООП, легко разобраться, что происходит в программе. Достаточно посмотреть, какие действия производит каждый из объектов.
Легче всего использовать ООП в Python, посложнее — в C++. Но если в этих языках у программиста ещё есть возможность увильнуть от ООП (например, для Python вполне подходит функциональное программирование), то в Java и C# всегда необходимо создавать классы, одних функций недостаточно.
Функциональное программирование
По распространённости функциональная парадигма программирования занимает второе место после ООП. Это развитие идей декларативного программирования: программа создаётся как инструмент, который решает определённую задачу и в итоге даёт нужный результат.
Между последователями разных парадигм, оказавшимися в одной ветке комментариев, всегда разгорается бесконечный холивар с обвинениями в «ООП/ФП головного мозга». Но бывают и программисты, готовые применить любой из подходов в зависимости от проекта.
Наиболее характерный для функционального программирования язык — Haskell. В реальных проектах он применяется редко, но будто создан для красивых решений в духе ФП — поэтому Haskell стал культовым среди профессиональных программистов, предпочитающих эту парадигму.
В ФП код программы состоит из функций, для которых подробно прописано, что должно быть на входе, а что — на выходе. Причём одну функцию вполне можно подать на вход другой в качестве аргумента. Так программа выполняется, запуская нужные функции.
Преимущества функционального подхода — в том, что код легко читать, а тестирование упрощается. Всё потому, что действия, производимые функцией, не зависят от внешнего состояния. Выполнение кода становится более предсказуемым, а неожиданные побочные эффекты — менее вероятными.
Помимо объектно-ориентированного и функционального программирования, есть и другие парадигмы. Некоторые из них уже вытеснены более современными подходами. Но есть и специфические парадигмы, которые нужны для конкретных ситуаций. Расскажем про несколько самых распространённых.
Процедурное программирование
Этот подход — разновидность императивной парадигмы программирования. Процедурами здесь называют команды, которые применяются в определённом порядке и последовательно меняют состояние памяти. После применения всех команд программа выдаёт результат.
Процедурное программирование применяется не только в классических языках вроде C и Pascal, но и в самых современных. Например, в Go, где помимо процедурного подхода можно применить и ООП, но с ограниченной функциональностью.
При процедурном подходе проще писать и поддерживать код, чем при объектно-ориентированном, но в то же время программы тяжелее масштабировать и создавать на их основе сложные проекты.
Метапрограммирование
Здесь программа, которую вы создаёте, сама генерирует код новой программы или модифицирует свой. С помощью этого подхода часть задач разработчика можно автоматизировать. А ещё он даёт возможность людям, не владеющим языками программирования, создавать программы с помощью графических интерфейсов или словесных команд на естественном языке — программа преобразует их в обычный код.
Обобщённое программирование
В этой парадигме программист создаёт обобщённые представления для классов и функций. То есть не просто классы, которые могут наследоваться (как в ООП), а шаблоны функций или классов (если применить такой подход в C++). Изначально у них отсутствуют требования типа данных для входных параметров, поэтому шаблоны можно сделать более универсальными.
Преимущество этой парадигмы в том, что можно создавать алгоритмы, которые будут работать с разными типами, и для этого не придётся добавлять реализации для каждого типа отдельно. Такой подход можно совместить как с ООП, так и с другими современными парадигмами программирования.
Логическое программирование
Логическое программирование — это подвид декларативного. Основан на выводе информации из заданных фактов и логических правил, которые к ним можно применить. При выполнении программ используются правила формальной логики.
Возможность применить эту парадигму заложена в языке Prolog — он позволяет вводить предложения в виде фактов и набора правил. Разработку Prolog начали ещё в 1970 году, и целью было понять естественный язык. Логика используется как средство формализовать его семантику. Если располагать фактической информацией о предметной области, можно автоматизировать выдачу информации по схеме «вопрос — ответ».
Хотя подавляющее большинство разработчиков используют объектно-ориентированное или функциональное программирование, эти парадигмы не стали абсолютными монополистами. Не исключено, что с развитием технологий — например, при переносе части вычислительных задач на квантовые компьютеры — актуальной станет какая-то новая, ещё не созданная парадигма.
Если вы хотите ближе познакомиться с разными языками, приглашаем вас на бесплатный вебинар «Основы программирования». На нём вы погрузитесь в основы профессии и определитесь, по какому пути хотите развиваться в мире разработки.