4. Сравнительный анализ процедурной, функциональной, объектно-ориентированной и логической парадигм программирования.

Парадигма программирования – система понятий, которая определяет способ мышления и направление исследования

Процедурное(императивное) программирование - является отражением архитектуры традиционных ЭВМ, которая была предложена фон Нейманом в 1940-х годах.

Теоретической моделью процедурного программирования служит алгоритмическая система под названием Машина Тьюринга.

Выполнение программы сводится к последовательному выполнению операторов с целью преобразования исходного состояния памяти, то есть значений исходных данных, в заключительное, то есть в результаты. Таким образом, с точки зрения программиста имеются программа и память, причем первая последовательно обновляет содержимое последней.

Пример таких ЯП : Си, Pascal, Fortran

Функциональное программирование — раздел дискретной математики и парадигма программирования, в которой процесс вычисления трактуется как вычисление значений функций в математическом понимании последних. Функциональное программирование предполагает обходиться вычислением результатов функций от исходных данных и результатов других функций, и не предполагает явного хранения состояния программы. Соответственно, не предполагает оно и изменяемость этого состояния (в отличие от процедурного, где одной из базовых концепций является переменная, хранящая своё значение и позволяющая менять его по мере выполнения).

На практике отличие математической функции от понятия «функции» в императивном (процедурном) программировании заключается в том, что императивные функции могут опираться не только на аргументы, но и на состояние внешних по отношению к функции переменных(глобальных), а также иметь побочные эффекты и менять состояние внешних переменных. Таким образом, в императивном программировании при вызове одной и той же функции с одинаковыми параметрами, но на разных этапах выполнения алгоритма, можно получить разные данные на выходе из-за влияния на функцию состояния переменных. А в функциональном языке при вызове функции с одними и теми же аргументами мы всегда получим одинаковый результат: выходные данные зависят только от входных.

ПримерыЯП: Lisp, F#, Erlang, Haskell

Логическое программирование — парадигма программирования, основанная на автоматическом доказательстве теорем, а также раздел дискретной математики, изучающий принципы логического вывода информации на основе заданных фактов и правил вывода. Логическое программирование основано на теории и аппарате математической логики с использованием математических принципов резолюций.

Пролог — язык и система логического программирования, основанные на языке предикатов математической логики дизъюнктов Хорна, представляющей собой подмножество логики предикатов первого порядка.

Основными понятиями в языке Пролог являются факты, правила логического вывода и запросы, позволяющие описывать базы знаний, процедуры логического вывода и принятия решений.

Факты в языке Пролог описываются логическими предикатами с конкретными значениями. Правила в Прологе записываются в форме правил логического вывода с логическими заключениями и списком логических условий.

Особую роль в интерпретаторе Пролога играют конкретные запросы к базам знаний, на которые система логического программирования генерирует ответы «истина» и «ложь». Для обобщённых запросов с переменными в качестве аргументов созданная система Пролог выводит конкретные данные в подтверждение истинности обобщённых сведений и правил вывода.

Факты в базах знаний на языке Пролог представляют конкретные сведения (знания). Обобщённые сведения и знания в языке Пролог задаются правилами логического вывода (определениями) и наборами таких правил вывода (определений) над конкретными фактами и обобщёнными сведениями.

Пролог является декларативным языком программирования. Исходник программы не содержит инструкцию «как» надо решать задачу, а содержит набор правил и указание цели которой надо достичь используя правила( дружно материмся на вспоминаем GURU).

Объектно-ориентированное программирование(ООП)– методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией определенного типа, использующая механизм пересылки сообщений и классы, организованные в иерархию наследования.

Класс — это тип, описывающий устройство объектов. В классе структуры данных и функции их обработки объединяются. В классе задаются свойства и поведение какого-либо предмета или процесса в виде полей данных и функций для работы с ними. Интерфейсом класса являются заголовки его методов. Конкретные величины типа данных "класс" называются экземплярами класса, или объектами. Объекты взаимодействуют между собой, посылая и получая сообщения. Сообщение - это запрос на выполнение действия, содержащий набор необходимых параметров. Механизм сообщений реализуется с помощью вызова соответствующих функций. Таким образом, с помощью ООП легко реализуется так называемая "событийно-управляемая модель", когда данные активны и управляют вызовом того или иного фрагмента программного кода.

Основными свойствами ООП являются:

1) Инкапсуляция - объединение данных с функциями их обработки в сочетании со скрытием ненужной для использования этих данных информации. Инкапсуляция повышает степень абстракции программы. Кроме того, инкапсуляция позволяет изменить реализацию класса без модификации основной части программы, если интерфейс остался прежним. Инкапсуляция позволяет использовать класс в другом окружении и быть уверенным, что он не испортит не принадлежащие ему области памяти, а также создавать библиотеки классов для применения во многих программах.

2) Наследование - это возможность создания иерархии классов, когда потомки наследуют все свойства своих предков, могут их изменять и добавлять новые. Свойства при наследовании повторно не описываются, что сокращает объем программы.

3) Полиморфизмом называют явление, при котором функции (методу) с одним и тем же именем соответствует разный программный код (полиморфный код) в зависимости от того, объект какого класса используется при вызове данного метода. Полиморфизм обеспечивается тем, что в классе-потомке изменяют реализацию метода класса-предка с обязательным сохранением сигнатуры метода. Это обеспечивает сохранение неизменным интерфейса класса-предка и позволяет осуществить связывание имени метода в коде с разными классами — из объекта какого класса осуществляется вызов, из того класса и берётся метод с данным именем. Такой механизм называется динамическим (или поздним) связыванием — в отличие от статического (раннего) связывания, осуществляемого на этапе компиляции.

Сравним ОО программирование и процедурное:

1) Процедурное программирование лучше подходит для случаев, когда важны быстродействие и используемые программой ресурсы, но требует большего времени для разработки.

2) Объектное — когда важна управляемость проекта и его модифицируемость, а также скорость разработки.

Проблема Хрупкого класса – как один из основных недостатков ООП. Проблема хрупкого базового класса заключается в том, что малейшие правки в деталях реализации базового класса могут привнести ошибку в производные классы. В худшем случае это приводит к тому, что любая успешная модификация базового класса требует предварительного изучения всего дерева наследования, и зачастую невозможна (без создания ошибок) даже в этом случае.