Парадигмы программирования

Парадигмы программирования
Императивное, структурное,
функциональное, объектноориентированное, обобщённое,
автоматное, событийное,
мультипарадигмальное.
Императивное программирование
• Вычисления описываются в виде
инструкций, изменяющих состояние
программы.
• Первый императивный язык – нативный,
его структура упрощает исполнение, но
затрудняет написание больших программ
Императивное программирование
• Является отражением архитектуры традиционных ЭВМ (Фон Нэймана)
• Теоретическая модель: машина тьюринга
• Конкретная машина Тьюринга задаётся перечислением элементов
множества букв алфавита A, множества состояний Q и набором
правил, по которым работает машина. Они имеют вид: qiaj→qi1aj1dk
(если головка находится в состоянии qi, а в обозреваемой ячейке
записана буква aj, то головка переходит в состояние qi1, в ячейку
вместо aj записывается aj1, головка делает движение dk, которое имеет
три варианта: на ячейку влево (L), на ячейку вправо (R), остаться на
месте (N)). Для каждой возможной конфигурации <qi, aj> имеется
ровно одно правило. Правил нет только для заключительного
состояния, попав в которое машина останавливается. Кроме того,
необходимо указать конечное и начальное состояния, начальную
конфигурацию на ленте и расположение головки машины.
Императивное программирование
• Переменные – ячейки памяти, команды –
последовательный набор действий
jmp start
_mul proc
push bp
mov bp,sp
mov ax,[bp+4]
mul word ptr [bp+6]
mov [bp+4],ax
mov [bp+6],dx
pop bp
ret
start: mov dx,130h
push dx push 100h
call _mul
pop ax
pop bx
1
2
X=Xn
Y=ZN(A,B,C,X)
WRITE(*,2) X,Y 2
FORMAT (1X,'X=',F5.1,2X,'Y=',F6.2)
X=X+H
IF (X.LE.Xk) GOTO 1
Структурное программирование
• Методология разработки программного
обеспечения, в основе которой лежит
представление программы в виде
иерархической структуры блоков.
• Предложена в 70-х годах Э. Дейкстрой,
разработана и дополнена Н. Виртом
Структурное программирование
• Любая программа представляет собой
структуру, построенную из трёх типов базовых
конструкций:
1. Последовательное исполнение
2. Ветвление
3. Цикл
Повторяющиеся фрагменты программы могут
быть оформлены в виде процедур и функций
Структурное программирование
• Наибольшей критике подвергается
использование оператора GOTO
(безусловного перехода)
• Строгое следование позволяет значительно
повысить читаемость программы
Структурное программирование
• Позволяет значительно сократить число
вариантов построения программы по
заданной спецификации
• Логически связанные операторы
оказываются визуально ближе, что
позволяет обходиться без блок-схем
• Сильно упрощается процесс тестирования и
отладки
Структурное программирование
for i:=1 to M do
begin
sum:=0;
for j:=1 to N do
sum:=sum+A[i,j];
if sum>max_str_sum then
begin
max_str_sum:=sum;
max_str:=i;
end;
if sum<min_str_sum then
begin
min_str_sum:=sum;
min_str:=i;
end;
end;
Функциональное
программирование
• Процесс вычисления трактуется как
вычисление значений функций в
математическом понимании последних
• Чистые функциональные языки не
предполагают возможности изменения
данных
• В отличии от императивных языков, где
базовое понятие «переменная» или
«ячейка памяти» – здесь только значения
Функциональное
программирование
• Haskell — чистый функциональный. Назван в честь Хаскелла
Карри.
• LISP (Джон МакКарти, 1958, множество его потомков, наиболее
современные из которых — Scheme и Common Lisp).
• ML (Робин Милнер, 1979, из ныне используемых диалектов
известны Standard ML и Objective CAML).
• Miranda (Дэвид Тёрнер, 1985, который впоследствии дал
развитие языку Haskell).
• Erlang — (Joe Armstrong, 1986) функциональный язык с
поддержкой процессов.
• Nemerle — гибридный функционально/императивный язык.
• F# - функциональный язык для платформы .NET
Функциональное
программирование
• Создание программы приближается к
математическому описанию задачи
• В чистых функциональных языках нет
строгой последовательности действий,
поскольку отсутствует «состояние памяти»
• Отказ от циклических конструкций в пользу
рекурсивных
Функциональное
программирование
• Sisal, быстрая
сортировка
type Info = array[ integer ]
function Main (Data : Info returns Info )
if array_size( Data ) > 2 then
let
L, Middle, R := for E in Data
returns array of E when E < Data[ 1 ]
array of E when E = Data[ 1 ]
array of E when E > Data[ 1 ]
end for
in
Main( L ) || Middle || Main( R )
end let
else
Data
end if
end function
Функциональное
программирование
• Python, быстрая сортировка
def qsort(L):
if L == []: return []
return qsort([x for x in L[1:] if x< L[0]]) + L[0:1] + qsort([x for x in L[1:] if x>=L[0]])
Объектно-ориентированное
программирование
• Парадигма программирования, в которой
основными концепциями являются понятия
объектов и классов
o Абстракция данных
o Наследование
o Инкапсуляция
o Полиморфизм
Объектно-ориентированное
программирование
• Понижение производительности:
o Динамическое связывание методов
o Значительная глубина абстракции
o Наследование «размывает» код
o Инкапсуляция снижает скорость доступа к
данным
o Динамическое создание и уничтожение
объектов
Объектно-ориентированное
программирование
• Повышается:
o Управляемость проекта
o Модифицируемость
o Скорость разработки
Обобщённое программирование
• Парадигма программирования,
заключающаяся в таком описании данных и
алгоритмов, которое можно применять к
различным типам данных, не меняя само
это описание
• Реализовано во многих языках как средство
описания алгоритмов с параметризуемыми
типами данных. Такие описания не могут
быть использованы напрямую
Обобщённое программирование
• Шаблоны в C++
// Описание шаблонной функции
template <typename T> T max(T x, T y)
{
if (x < y)
return y;
else
return x;
}
...
// Применение шаблонной функции
int a = max(10,15);
...
double f = max(123.11, 123.12);
Автоматное программирование
• Парадигма программирования, при
использовании которой программа или её
фрагмент осмысливается как модель
какого-либо формального автомата
Автоматное программирование
• Временной период исполнения
разбивается на «шаги автомата»
• Состояния автомата – набор переменных
• Выполнение кода в автоматном стиле
представляет собой цикл (возможно
неявный) шагов автомата
Автоматное программирование
• Императивная программа:
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int c;
do {
c = getchar();
while(c == ' ')
c = getchar();
while(c != EOF && c != ' ' && c != '\n') {
putchar(c);
c = getchar();
}
putchar('\n');
while(c != EOF && c != '\n')
c = getchar();
} while(c != EOF);
return 0;
}
Автоматное программирование
#include <stdio.h>
int main(void)
{
enum states {
before, inside, after
} state;
int c;
state = before;
while((c = getchar()) != EOF) {
switch(state) {
case before:
if(c == '\n') {
putchar('\n');
} else
if(c != ' ') {
putchar(c);
state = inside;
}
break;
case inside:
switch(c) {
case ' ': state = after; break;
case '\n':
putchar('\n');
state = before;
break;
default: putchar(c);
}
break;
case after:
if(c == '\n') {
putchar('\n');
state = before;
}
}
}
return 0;
}
Автоматное программирование
Событийное программирование
• Явным образом выделяется главный цикл
приложения, тело которого состоит из
выборки и обработки событий
Событийное программирование
• При построении пользовательских
интерфейсов
• При создании серверных приложений
• В программировании игр
Событийное программирование
•
•
•
•
Nginx
Lighttpd
Squid
QT
Мультипарадигмальное
программирование
• Программирование с одновременным
использованием нескольких парадигм
программирования
• Наиболее известным примером можно
назвать C++, который был расширен