План

1. Понятия парадигма и концепция программирования.
2. Классификации парадигм.
3. Место парадигмы в разработке.
4. Императивная парадигма и ее виды.
5. Декларативная парадигма и ее виды.
6. Выполнение императивных и декларативных программ.
7. Объектно-ориентированная парадигма.

Что такое "парадигма"?

Парадигма (от греч. paradeigma - пример, образец; англ. patadigm) - исходная схема, модель, метод решения задачи, основополагающая теория.

Парадигма научная - совокупность научных достижений, признаваемых всем научным сообществом в тот или иной период времени и служащих основой и образцом новых научных исследований.

Парадигма - совокупность подходов, идей, понятий, даже принципов, которые определяют, как писать код. Удобный синоним - стиль, хотя понятие парадигмы несколько шире.

Какое же определение использовать?

А может это запрет на определённые действия внутри кода программы?

Это придумал Роберт Мартин — международный консультант в области разработки, известный среди разработчиков как дядя Боб.

С его точки зрения, парадигмы — это ограничения на определённые языковые конструкции, которые вынуждают использовать определённый стиль.

"Золотое правило" определения

Любое определение – это, как правило, открытое определение, определение принципиально неполное, предполагающее возможность дальнейшего изучения явления с открытием всё новых и новых его свойств.

Больше про проблему определения тут.

А что такое "концепция"?

Из фонда "золотых цитат":

Когда речь о защите [диссертации], то надо использовать термины так, как принято в Совете, где намечается защита.

В качестве примера, можно привести такую группу определений:

• Концепция - это термин, который широко используется в повседневном английском языке для обозначения идеи.
• Теория - это устоявшийся научный принцип, который подтверждается убедительными экспериментальными и наблюдательными данными.
• Парадигма - это центральная концептуальная основа того, как вы можете видеть окружающий мир.

Я настоятельно прошу рекрутеров указать, кто из них покемон...

Зачастую парадигма или парадигмы, которые использует программист, определяются языком, проектом и существующим кодом на этом проекте, парадигмой, которой придерживается компания или конкретная команда проекта.

P.S. Откуда мем узнать тут.

Когда одной парадигмы не хватает...

Многие языки программирования являются мультипарадигменными, т.е. поддерживают не одну, а несколько популярных парадигм, т.е. позволяют писать в разных парадигмах-стилях.

В различных источниках можно встретить множество названий парадигм, различные, и иногда даже противоречащие друг другу системы классификаций этих парадигм.

Чувствуете подвох с классификациями?

"Золотое правило" классификации

Любая классификация всегда относительна.

Один и тот же объект может быть классифицирован по разным признакам или критериям. Часто встречаются ситуации, когда в зависимости от условий внешней среды объект может быть отнесен к разным классификационным группировкам.

Больше про классификацию информации здесь.

Парадигмы с точки зрения истории

1. Императивная
2. Структурная
3. Модульная
4. Объектно ориентированная
5. Декларативная
6. Функциональная
7. Реактивная
8. и многие многие другие менее известные...

← Появление определенной парадигмы тесно связано с появлением определенного языка программирования.

Парадигмы с точки зрения относительного развития

Парадигмы с точки зрения... #$%?!

Одна и та же задача может быть решена по-разному: каждая парадигма подразумевает своё решение!

Почему такой зоопарк из парадигм?

Посмотрим на некоторые критерии качества программ:

– результативность;
– надежность;
– устойчивость;
– автоматизируемость;
– эффективное использование ресурсов (время, память, устройства,
информация, люди);
– удобство разработки и применения;
– наглядность текста программы;
– наблюдаемость процесса работы программы;
– диагностика происходящего.

От чего зависит достижение критериев качества программы?

Вспомним опять про то, что одна и та же задача может быть решена по-разному. Достижение некоторого критерия качества также является задачей!

Порядок критериев нередко претерпевает изменения по мере развития области применения программы, роста квалификации пользователей, модернизации оборудования, информационных технологий и программотехники.

P.S. Некоторые парадигмы программирования не появились бы, если не происходило совершенствование ЭВМ.

При решении задачи мы сталкиваемся с ограничениями!

Непрерывное развитие пространства, в котором решается задача, вводит дополнительные требования к стилю программирования информационных систем:

– гибкость;
– модифицируемость;
– верифицируемость;
– безопасность;
– мобильность/переносимость;
– адаптируемость;
– конструктивность;
– измеримость характеристик и качества;
– улучшаемость.

P.S. А что Дядя Боб говорил про парадигмы? А какие еще определения у парадигм?

Место парадигмы в разработке

Парадигма выбирается, исходя из архитектуры системы и влияет на построение и реализацию ее компонентов. Роль парадигм программирования в разработке ПО:

Императивная парадигма и ее виды

Императивная парадигма программирования - это стиль написания кода, подразумевающий подробное описание алгоритма решения задачи и получения искомых данных.

В императивном стиле:

1. Описывают алгоритм решения поставленной задачи.
2. Сохраняют состояния в переменных.
3. Зачастую снабжают код комментариями, поскольку по самому коду бывает сложно понять его итоговую цель.

Вопрос: КАК?

Императивный стиль использует много переменных в процессе своей работы и часто сохраняет в них промежуточные результаты вычислений.

Эта парадигма популярна потому, что она в точности соответствует тому, как работает компьютер: последовательно выполняет инструкции и использует память для хранения промежуточных результатов.

Обычно говорят, что императивная программа отвечает на вопрос КАК ("как достичь нужного результата").

История императивных парадигм

В соответствии с существовавшей в 1940-х годах архитектурой ЭВМ (архитектура фон Неймана) в программировании использовался процедурных подход, процедурная парадигма программирвания.

Архитектура фон Неймана (принстонская архитектура)

— принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера.

Альтернативой архитектуре фон Неймана ("принстонской архитектуре") является гарвардская архитектура.

Процедурная парадигма

Процедурная парадигма подразумевает написание алгоритмов программ пошагово и частое использование подпрограмм, называемых процедурами

Процедуры - практически синонимы функций. Единственная разница их в том, что процедуры просто выполняют какие-то действия, ничего не возвращая, а функции могут и должны возвращать значения.

Историческая справка по холиварам

Процедурная парадигма допускает использование оператора goto, достоинства которого уже к шестидесятым годам представлялись спорными. В 1968 году Эдсгер Дейкстра пишет известную статью "О вреде оператора goto", дебаты усиливаются, и к 1970-м годам формулируют новую парадигму - структурную.

Структурная парадигма

Структурная парадигма программирования запрещает использование оператора goto, настоятельно рекомендуя использовать другие подходы:

1. последовательность (выполнение программы сверху вниз),
2. ветвление (при помощи условий);
3. цикличность (при помощи операторов циклов).

В то же самое время развивалась модульная парадигма.

Модульная парадигма

Модульное парадигма — это организация программы как совокупности небольших независимых блоков, называемых модулями, структура и поведение которых подчиняются определённым правилам.

По модульной парадигме, необходимо размещать самодостаточный код в отдельные модули (чаще всего, отдельные файлы), которые могут взаимодействовать между собой.

P.S. Обсуждение объектно-ориентированной парадигмы пока пропустим.

Декларативная парадигма и ее виды

Декларативная парадигма программирования представляет собой стиль описания того, что вы хотите увидеть в итоге (ответ на вопрос ЧТО).

В декларативном стиле:

1. не пишут, как решить задачу, но пишут, что требуется получить;
2. не сохраняют промежуточные состояния;
3. пишут так, чтобы по виду кода можно было понять его цель.

К декларативным парадигмам часто относят:

• функциональную;
• логическую.

Функциональная парадигма

Функциональное парадигма — это парадигма декларативного программирования, в которой программы создаются путем последовательного применения функций, а не инструкций.

Каждая из этих функций принимает входное значение и возвращает согласующееся с ним выходное значение, не изменяясь и не подвергаясь воздействию со стороны состояния программы.

Чистые функции

Чистые функции не производят побочных эффектов и не зависят от глобальных переменных или состояний.

P.S. Это в теории. На деле языки функциональные языки делятся на чистые (Haskell) и с побочными эффектами (большинство языков).

Функциональная парадигма сложнее, чем кажется на первый взгляд...

Есть ряд определений, которые делают функциональное программирование отдельной парадигмой и стилем создания алгоритмов:

• Функция или идентифицированный блок кода;
• Чистые функции;
• Лямбда функции;
• Функции высшего порядка;
• Композитные функции;
• Константы;
• Замыкания;
• Рекурсия.

Боле подробно здесь.

Логическая парадигма

Логическое программирование - это парадигма программирования, которая в значительной степени основана на формальной логике.

Любая программа, написанная на языке логического программирования, представляет собой набор предложений в логической форме, выражающих факты и правила о некоторой проблемной области.

Виды логического вывода

Прямой логический вывод

Программа записывается в виде продукционных правил ЕСЛИ условие, ТО действие. Порядок вызова правил определяется динамически машиной вывода.

Результат выполнения предыдущих правил меняет состояние машины вывода (операционную память) и приводит к вызову следующих правил. Цель динамически выводится в результате выполнения правил.

Обратный логический вывод

От цели к данным.

Как выполняется программа, использующая определенную парадигму?

Давайте посмотрим как выполняются императивные и декларативные программы. Для этого воспользуемся материалом, который расположен здесь.

Выполнение императивной программы

Императивная программа использует именованные области памяти (переменные) для хранения состояния вычислений.

Выполнение декларативной программы

Декларативная программа не взаимодействует напрямую с памятью, поручая эту работу интерпретатору.

P.S. Вопрос: а кто написал инструкции для интерпретатора?)

Сколько парадигм поддерживает Python?

Ответ: много

Python поддерживает:

1. структурное;
2. объектно-ориентированное;
3. функциональное;
4. императивное;
5. аспектно-ориентированное;
6. и другие...

А как дела у других?

А мы про слона не забыли (ООП)?

Самое время вернуться к статье, которая упоминалась при обсуждении организации декомпозиции программы!

Появление ООП — реакция на кризис программного обеспечения

Как вы думаете, что произошло такого, что пришлось придумывать ООП?

Разработчики перестали вывозить

Методы структурного программирования уже не позволяли справляться с растущей сложностью промышленного программного продукта (системы).

Следствия — срыв сроков проектов, перерасход бюджета, урезанная функциональность и множество ошибок.

И где искать решение?

Способ управления сложными системами был известен еще в древности — divide et impera (разделяй и властвуй). То есть выход — в декомпозиции системы на все меньшие и меньшие подсистемы, каждую из которых можно совершенствовать независимо.

Святой Бруно сам не шевельнет и пальцем, чтобы опровергнуть обоих своих противников, он знает более удобный способ избавиться от них, он предоставляет их — divide et impera — их собственной распре
Карл Маркс

Критерии качества декомпозиции проекта

Для оценки качества программного проекта нужно учитывать, кроме всех прочих, следующие два показателя:

• Сцепление (cohesion) внутри компонента — показатель, характеризующий степень взаимосвязи отдельных его частей.
• Связанность (coupling) между компонентами — показатель, описывающий интерфейс между компонентом-клиентом и компонентом-сервером. Общее число входов и выходов сервера есть мера связанности. Чем меньше связанность между двумя компонентами, тем проще понять и отслеживать в будущем их взаимодействие.

Что принесло с собой ООП?

Четыре основных принципа объектно-ориентированного программирования следующие:

• Абстракция. Моделирование требуемых атрибутов и взаимодействий сущностей в виде классов для определения абстрактного представления системы.
• Инкапсуляция. Скрытие внутреннего состояния и функций объекта и предоставление доступа только через открытый набор функций.
• Наследование. Возможность создания новых абстракций на основе существующих.
• Полиморфизм. Возможность реализации наследуемых свойств или методов отличающимися способами в рамках множества абстракций.

Это мир после
появления ООП

Вопросы?