Pewnie każdy na jakimś etapie kariery programistycznej spotkał się z zagadnieniem paradygmatów programowania. Możliwe, że miałeś z nimi do czynienia już na studiach. Przychodzisz jednak do swojego pierwszego projektu i stajesz przed decyzją: musisz wybrać konkretny sposób programowania.
Jako programista .NET byłem zaangażowany w rozwój różnych systemów i wiem, że wybór nie zawsze przychodzi łatwo. Postaram się więc w artykule przybliżyć zalety i wady określonych paradygmatów, co powinno ułatwić podjęcie decyzji. Dodatkowo znajdziesz tu konkretne przykłady w kodzie.
- 1. Czym są paradygmaty programowania
- 2. Czym nie są paradygmaty programowania?
- 3. Jak paradygmaty pomagają nam programować?
- 4. Najpopularniejsze paradygmaty programowania
- 5. Programowanie imperatywne
- 6. Programowanie proceduralne
- 7. Programowanie funkcyjne
- 8. Programowanie deklaratywne
- 9. Programowanie obiektowe
- 10. Jak dokonać wyboru paradygmatu programowania?
- 11. Podsumowanie
Czym są paradygmaty programowania?
Pewnie ta wiedza nie jest ci obca, ale zacznę od przypomnienia, czym tak właściwie są paradygmaty programowania.
Paradygmaty programowania są różnymi sposobami lub podejściami do tworzenia programów lub korzystania z języków programowania. Każdy paradygmat ma swoje własne struktury, cechy i zalecenia dotyczące rozwiązywania typowych problemów programistycznych.
Podobnie jak istnieje wiele języków programowania, istnieje wiele różnych paradygmatów (a to z uwagi na różnorodne rodzaje problemów, z którymi programiści mają do czynienia). Określone paradygmaty mogą być lepiej dostosowane do określonych typów problemów, dlatego stosuje się różne paradygmaty w zależności od rodzaju projektu. Miałem pomóc w podjęciu decyzji, a to wszystko nadal brzmi skomplikowanie? Postaram się w dalszej części przybliżyć charakterystykę poszczególnych paradygmatów, co mam nadzieję, pomoże wam w odpowiednim ich doborze.
Praktyki programistyczne = ciągły rozwój
Praktyki związane z każdym paradygmatem rozwijają się wraz z postępem technologicznym w oprogramowaniu i sprzęcie. Pojawiają się nowe podejścia, dzięki czemu programiści mogą eksperymentować z nowymi koncepcjami i rozwiązaniami, które wcześniej nie były możliwe.
Chciałbym przy tej okazji rozprawić się z powszechnym mitem programisty jako osoby, która tylko kopiuje fragmenty kodu ze StackOverflow i wkleja je w odpowiednie miejsce. Mamy potrzebę odkrywania, bycia kreatywnymi i zawsze chętnie tworzymy nowe rzeczy, udoskonalamy istniejące rozwiązania i dostosowujemy narzędzia do naszych preferencji oraz tego, co uważamy za bardziej wydajne.
Dzięki różnorodności opcji, jakie mamy dzisiaj do wyboru, możemy być elastyczni, pisać i organizować kod programu na wiele różnych sposobów
Czym nie są paradygmaty programowania?
Przy okazji wyjaśnię jeszcze jedną kwestię: paradygmaty programowania nie są językami programowania ani narzędziami (czy frameworkami). Nie można stworzyć niczego za pomocą samego tylko paradygmatu. Paradygmaty programowania są raczej zbiorem zasad i wytycznych, które zostały zaakceptowane, przestrzegane i rozwijane przez wiele osób.
Języki programowania nie zawsze są ściśle powiązane z konkretnym paradygmatem. Istnieją języki, które zostały zaprojektowane z myślą o określonym paradygmacie i posiadają cechy ułatwiające programowanie w tym stylu (dobrym przykładem jest Haskell i programowanie funkcyjne).
Jednak istnieją również języki, które pozwalają na użycie wielu paradygmatów, które umożliwiają dostosowanie kodu do różnych paradygmatów (przykładem mogą być JavaScript i Python).
Co więcej, paradygmaty programowania nie wykluczają się nawzajem w takim w sensie, że można swobodnie stosować praktyki z różnych paradygmatów jednocześnie. Możemy korzystać z różnych podejść i technik, łącząc je w naszych projektach, w zależności od specyfiki problemu i preferencji programisty.
Jak paradygmaty pomagają nam programować?
Uważam, że istotne jest zrozumienie różnych podejść programistycznych. Poznanie różnych paradygmatów programowania może być inspirujące i pomaga w rozwijaniu umiejętności myślenia nieszablonowego i pozwala wyjść poza ograniczenia narzędzi, które już znamy. Dodatkowo terminologia związana z różnymi paradygmatami jest powszechnie używana w świecie programowania – posiadanie podstawowej wiedzy na ten temat pozwoli lepiej zrozumieć również inne tematy i koncepcje.
Otwarcie się na różne sposoby programowania może poszerzyć naszą perspektywę i umożliwić bardziej kreatywne podejście do rozwiązywania problemów. Dlatego warto eksplorować różne paradygmaty i poszerzać swoje umiejętności programistyczne. Często podejście jest wybrane przez Tech Leada czy kierownika projektu, ale zwykle jest pole do eksperymentowania, do czego was zachęcam.
Najpopularniejsze paradygmaty programowania
Teraz, gdy przedstawiłem czym są, a czym nie są paradygmaty programowania, przejdźmy do przejrzenia najpopularniejszych z nich, wyjaśnienia ich głównych cech i porównania.
Warto jednak pamiętać, że to nie jest pełna lista. Istnieją inne paradygmaty programowania, które nie zostały tutaj omówione. Niemniej skoncentruję się na najpopularniejszych i najczęściej stosowanych.
Programowanie imperatywne
Programowanie imperatywne polega na tworzeniu zestawów szczegółowych instrukcji, które są przekazywane komputerowi do wykonania w ściśle określonej kolejności. Nazwa „imperatywne” wynika z faktu, że jako programiści bezpośrednio i bardzo precyzyjnie określamy, jakie czynności ma wykonać komputer. Programowanie imperatywne skupia się na opisie, jak program ma działać, krok po kroku.
Przykład
Przykładem programowania imperatywnego może być program do obliczania sumy liczb w zadanej tablicy. Poniżej przedstawiam prosty opisowy przykład takiego programu:
- Zadeklaruj zmienną „suma” i ustaw jej początkową wartość na 0.
- Zadeklaruj tablicę „liczby” i przypisz do niej pewien zestaw liczb.
- Przejdź przez każdy element tablicy „liczby” w określonej kolejności.
- Dla każdego elementu, dodaj jego wartość do zmiennej „suma”.
- Po zakończeniu iteracji przez wszystkie elementy tablicy wyświetl wartość zmiennej „suma”.
Ten program używa imperatywnego podejścia, gdzie jasno definiujemy kolejne kroki, jakie komputer powinien podjąć, aby obliczyć sumę liczb w tablicy. Instrukcje są wykonywane w określonej kolejności, a stan programu jest modyfikowany poprzez przypisywanie wartości do zmiennych.
W języku C# programowanie imperatywne jest bardziej powszechne niż podejście deklaratywne, które opiszę niżej. Można jednak użyć pewnych elementów deklaratywnych w pewnych kontekstach. Oto przykładowy code snippet w C#, który pokazuje deklaratywne podejście przy użyciu zapytania LINQ:
using System;
using System.Linq;
class Program
{
static void Main()
{
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
var evenNumbers = from num in numbers
where num % 2 == 0
select num;
Console.WriteLine("Even numbers:");
foreach (var num in evenNumbers)
{
Console.WriteLine(num);
}
}
}
W tym przykładzie korzystamy z zapytania LINQ (Language-Integrated Query), które ma bardziej deklaratywny charakter. Tworzymy zapytanie, które wybiera tylko parzyste liczby z tablicy „numbers”. Zamiast jawnie iterować przez elementy tablicy i sprawdzać ich parzystość, używamy deklaratywnego wyrażenia where num % 2 == 0, które wybiera tylko liczby spełniające ten warunek. Następnie, przy użyciu pętli foreach, wyświetlamy wynikowe liczby na ekranie.
Warto zauważyć, że choć ten przykład ma pewne cechy deklaratywnego podejścia, nadal korzysta z imperatywnego kodu, takiego jak pętla foreach i wywołanie WriteLine(). Deklaratywne aspekty są zazwyczaj bardziej widoczne w bardziej funkcjonalnych językach programowania, takich jak JavaScript, Python, Scala, C#.
Przeczytaj także:
- W jaki sposób dostarczać kod lepszej jakości i minimalizować liczbę błędów?
- Jak wygląda proces dostarczania oprogramowania oparty na CI/CD?
Programowanie proceduralne
Programowanie proceduralne idzie o krok dalej. Spotkamy się tu z koncepcją funkcji (również znanych jako „procedury” lub „metody”).
W programowaniu proceduralnym zachęca się programistów do dzielenia programu na funkcje – ma to być sposób na poprawę modułowości i organizacji kodu. Dzięki funkcjom można grupować powtarzające się operacje w jednym miejscu i wywoływać je w różnych częściach programu, co skutkuje czystym kodem, którym łatwiej zarządzać.
Podział programu na funkcje umożliwia także hermetyzację, czyli ukrywanie implementacji szczegółów wewnątrz funkcji. Pozwala to na łatwiejsze zrozumienie i korzystanie z kodu, ponieważ programiści mogą skupić się na wykorzystywaniu funkcji bez konieczności zrozumienia ich wewnętrznej logiki.
W rezultacie programowanie proceduralne umożliwia rozbicie złożonych problemów na mniejsze, bardziej zrozumiałe części, co ułatwia rozwijanie programu i zarządzanie nim.
Oto przykład prostego code snippetu w C# przedstawiającego podejście programowania proceduralnego:
using System;
class Program
{
static void Main()
{
int number1 = 5;
int number2 = 10;
int result = AddNumbers(number1, number2);
Console.WriteLine("Sum of {0} and {1} is: {2}", number1, number2, result);
}
static int AddNumbers(int num1, int num2)
{
return num1 + num2;
}
}
W tym przykładzie mamy program, który dodaje dwie liczby całkowite i wyświetla wynik. Główna funkcja Main() wywołuje funkcję AddNumbers(), przekazując do niej dwie liczby: number1 i number2. Funkcja AddNumbers() wykonuje dodawanie tych dwóch liczb i zwraca wynik. Następnie, w funkcji Main(), wynik zostaje wyświetlony na ekranie.
Ten przykład ilustruje podstawową ideę programowania proceduralnego, w którym program jest dzielony na funkcje, a logika operacji jest zawarta wewnątrz tych funkcji. Dzięki temu mamy czytelny i modularny kod, w którym funkcje wykonują konkretne zadania, a główna funkcja Main() koordynuje działanie programu.
Programowanie funkcyjne
Programowanie funkcyjne rozszerza koncepcję funkcji jeszcze bardziej.
Funkcje są traktowane jako obiekty pierwszej klasy, co oznacza, że można je przypisywać do zmiennych, przekazywać jako argumenty i zwracać z innych funkcji.
Kluczową koncepcją jest także idea czystych funkcji. Czysta funkcja polega tylko na swoich danych wejściowych, aby wygenerować wynik. Zawsze zwraca ten sam wynik dla tych samych danych wejściowych i nie powoduje to żadnych skutków ubocznych, czyli zmian poza zakresem funkcji.
Zgodnie z tymi koncepcjami programowanie funkcyjne zachęca do tworzenia programów opartych głównie na funkcjach. Broni się też idea, że modułowość kodu i brak skutków ubocznych ułatwiają identyfikację i rozdzielenie odpowiedzialności w kodzie. To przyczynia się do łatwiejszego utrzymania kodu.
Wróćmy do przykładu filtrowania tablicy. Możemy zauważyć, że w paradygmacie imperatywnym często korzystamy z zewnętrznej zmiennej do przechowywania wyniku funkcji, co może być uważane za skutek uboczny.
W programowaniu funkcyjnym możemy zamiast tego użyć funkcji, takich jak filter(), która przyjmuje tablicę i warunek jako argumenty, i zwraca nową tablicę zawierającą tylko elementy, które spełniają ten warunek. Ta funkcja nie modyfikuje oryginalnej tablicy ani nie korzysta ze zmiennych zewnętrznych, co sprawia, że jest czystą funkcją.
Podejście funkcyjne przynosi wiele korzyści, takich jak łatwiejsze testowanie, eliminacja skutków ubocznych, a w efekcie bardziej zrozumiały i modułowy kod.
Przykład:
A oto przykład prostego code snippetu w języku C# przedstawiającego podejście programowania imperatywnego:
using System;
class Program
{
static void Main()
{
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int[] filteredNumbers = FilterArray(numbers, n => n % 2 == 0);
foreach (int number in filteredNumbers)
{
Console.WriteLine(number);
}
}
static int[] FilterArray(int[] array, Func<int, bool> condition)
{
int[] result = new int[array.Length];
int index = 0;
foreach (int number in array)
{
if (condition(number))
{
result[index] = number;
index++;
}
}
Array.Resize(ref result, index);
return result;
}
}
W tym przerobionym przykładzie zastosowałem funkcje z biblioteki LINQ w C#, które są często używane w programowaniu funkcyjnym. Wykorzystałem metodę Where(), która przyjmuje warunek jako argument i zwraca nową sekwencję zawierającą tylko elementy, które spełniają ten warunek. Następnie użyłem metody ToArray() do przekształcenia wyniku na tablicę.
W porównaniu z poprzednim przykładem wersja funkcyjna jest bardziej zwięzła i czytelna. Funkcje LINQ pozwalają nam operować na danych bez modyfikacji oryginalnej tablicy i bez użycia zmiennych zewnętrznych, co jest zgodne z ideą programowania funkcyjnego.
Programowanie deklaratywne
Programowanie deklaratywne polega na abstrahowaniu złożoności i upodabnianiu języków programowania do języka naturalnego i sposobu myślenia człowieka. Jest to przeciwieństwo programowania imperatywnego.
W programowaniu deklaratywnym programista skupia się na określeniu pożądanego wyniku lub efektu, a nie na szczegółowych instrukcjach, jak to osiągnąć. Zamiast opisywać, jak program ma działać, programista deklaruje, co ma być osiągnięte. Komputer jest odpowiedzialny za interpretację tych deklaracji i znajdowanie sposobów na ich zrealizowanie.
Przykładem programowania deklaratywnego jest język SQL (Structured Query Language), który jest wykorzystywany do manipulacji i zapytań w bazach danych. Zamiast programowania imperatywnego, w którym podalibyśmy szczegółowe instrukcje, jak komputer ma przeszukiwać, filtrować i sortować dane, w SQL deklarujemy, jakie dane chcemy uzyskać, a baza danych samodzielnie wykonuje odpowiednie operacje.
Programowanie deklaratywne dąży do uproszczenia procesu programowania, umożliwiając programiście skupienie się na zamiarze programu, a nie na szczegółach implementacyjnych. Dzięki temu, języki deklaratywne są często bardziej ekspresywne i zwięzłe, co ułatwia zrozumienie i utrzymanie kodu.
Przykład:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
class Program
{
static void Main()
{
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
int sum = numbers.Sum();
Console.WriteLine($"Sum: {sum}");
}
}
Programowanie obiektowe
Jednym z najpopularniejszych paradygmatów programowania jest programowanie obiektowe (OOP, Object Oriented Programming). Podstawową ideą OOP jest podział problemów na jednostki, które są reprezentowane jako obiekty. Każdy obiekt grupuje określony zestaw informacji (właściwości) i zachowań (metody), które ten obiekt może wykonywać.
W programowaniu obiektowym wykorzystuje się zwłaszcza klasy, które służą do tworzenia nowych obiektów na podstawie zaprojektowanego przez programistę planu lub szablonu. Obiekty utworzone na podstawie klas nazywane są instancjami.
Przykład:
using System;
class Car
{
public string Make { get; set; }
public string Model { get; set; }
public int Year { get; set; }
public void StartEngine()
{
Console.WriteLine("Engine started!");
}
public void Accelerate()
{
Console.WriteLine("Accelerating...");
}
public void Brake()
{
Console.WriteLine("Braking...");
}
}
class Program
{
static void Main()
{
Car myCar = new Car();
myCar.Make = "Ford";
myCar.Model = "Mustang";
myCar.Year = 2022;
Console.WriteLine($"My car: {myCar.Make} {myCar.Model}, Year: {myCar.Year}");
myCar.StartEngine();
myCar.Accelerate();
myCar.Brake();
}
}
Jak dokonać wyboru paradygmatu programowania?
Różne paradygmaty programowania są lepiej dostosowane do określonych rodzajów projektów. Przy wyborze paradygmatu niekoniecznie musisz się kierować językiem. Nie będzie on miał większego znaczenia. Może się przecież zdarzyć tak, że dany język był stworzony pod kątem proponowanego podejścia, a jednak możliwe jest używanie tego samego języka z innymi podejściami. To, jaką drogę wybierzesz, będzie zależało od kilku innych czynników, takich jak rodzaj projektu, jego wymagania, skalowalność, efektywność, łatwość utrzymania kodu oraz twoja własna wiedza i preferencje.
A oto wybrane z nich:
- Typ projektu – jeśli na przykład tworzysz interfejsy użytkownika, zastosowanie paradygmatu programowania zorientowanego obiektowo (OOP) może być korzystne. Natomiast w przypadku aplikacji naukowych lub matematycznych bardziej odpowiedni może się okazać paradygmat programowania funkcyjnego.
- Skalowalność – jeżeli jest dla ciebie ważnym czynnikiem, to miej na uwadze programowanie funkcyjne. Umożliwia ono obsługę dużych baz kodu i tworzenie złożonych programów bez utraty wydajności. Dzieje się tak, ponieważ języki funkcyjne korzystają z niezmiennych struktur danych, które można łatwo udostępniać i ponownie wykorzystywać.
- Wiedza i doświadczenie – twoje własne doświadczenie i umiejętności również wpłyną na wybór takiego, a nie innego paradygmatu. Jeśli masz dużo doświadczenia w programowaniu obiektowym i czujesz się komfortowo w tym paradygmacie, prawdopodobnie będziesz bardziej skłonny do korzystania z OOP w swoich projektach. Z drugiej strony, prędzej czy później zauważysz, że stosowanie OOP niesie pewne ograniczenia i będziesz szukać „przyjemniejszych” podejść. W takich sytuacjach bardzo produktywną odskocznią jest zastosowanie podejścia funkcyjnego, które pozwala na znaczne uproszczenia i zwiększa czytelność kodu, a jednocześnie obniża próg wejścia dla nowych programistów w zespole.
Podsumowanie
Jak widzisz, paradygmaty programowania to różne podejścia do rozwiązywania problemów programistycznych i organizowania kodu. Paradygmaty imperatywne, proceduralne, funkcjonalne, deklaratywne i obiektowe są obecnie jednymi z najpopularniejszych i najczęściej używanych. Zrozumienie podstawowych informacji na ich temat jest wartościowe zarówno dla zdobycia ogólnej wiedzy, jak i lepszego zrozumienia innych zagadnień związanych z programowaniem.
- 1. Czym są paradygmaty programowania
- 2. Czym nie są paradygmaty programowania?
- 3. Jak paradygmaty pomagają nam programować?
- 4. Najpopularniejsze paradygmaty programowania
- 5. Programowanie imperatywne
- 6. Programowanie proceduralne
- 7. Programowanie funkcyjne
- 8. Programowanie deklaratywne
- 9. Programowanie obiektowe
- 10. Jak dokonać wyboru paradygmatu programowania?
- 11. Podsumowanie
Programista z krwi i kości, który lubi różne wyzwania związane z R&D i Proof of Concept, z zachowaniem podejścia DDD i SOLID. Zafascynowany architekturą mikroserwisów i dekompozycją. Prywatnie fan motoryzacji, wyścigów i Track Days.