Парадигма программирования

Паради́гма программи́рования — это совокупность идей и понятий, определяющих стиль написания компьютерных программ. Это способ концептуализации, определяющий организацию вычислений и структурирование работы, выполняемой компьютером.

Важно отметить, что парадигма программирования не определяется однозначно языком программирования; практически все современные языки программирования в той или иной мере допускают использование различных парадигм (мультипарадигмальное программирование). Так на языке Си, который не является объектно-ориентированным, можно работать в соответствии с принципами объектно-ориентированного программирования, хотя это и сопряжено с определёнными сложностями; функциональное программирование можно применять при работе на любом императивном языке, в котором имеются функции (для этого достаточно не применять присваивание), и т. д.

Также важно отметить, что существующие парадигмы зачастую пересекаются друг с другом в деталях, поэтому можно встретить ситуации, когда разные авторы употребляют названия из разных парадигм, говоря при этом, по сути, об одном и том же явлении.

Приверженность определённого человека какой-то одной парадигме иногда носит настолько сильный характер, что споры о преимуществах и недостатках различных парадигм относятся в околокомпьютерных кругах к разряду так называемых «религиозных» войн — холиваров.

История термина

Своим современным значением в научно-технической области термин «парадигма» обязан, по-видимому, Томасу Куну и его книге «Структура научных революций» (см. парадигма). Кун называл парадигмами устоявшиеся системы научных взглядов, в рамках которых ведутся исследования. Согласно Куну, в процессе развития научной дисциплины может произойти замена одной парадигмы на другую (как, например, геоцентрическая небесная механика Птолемея сменилась гелиоцентрической системой Коперника), при этом старая парадигма ещё продолжает некоторое время существовать и даже развиваться благодаря тому, что многие её сторонники оказываются по тем или иным причинам неспособны перестроиться для работы в другой парадигме.

Термин «парадигма программирования» впервые применил в 1978 году Роберт Флойд в своей лекции лауреата премии Тьюринга.

Функциональное программирование объединяет разные подходы к определению процессов вычисления на основе достаточно строгих абстрактных понятий и методов символьной обработки данных. Сформулированная Джоном Мак-Карти (1958) концепция символьной обработки информации компьютером восходит к идеям Черча и других математиков, известным как лямбда-исчисление с конца 20-х годов XX века.

Процедурное программирование — программирование на императивном языке, при котором последовательно выполняемые операторы можно собрать в подпрограммы, то есть более крупные целостные единицы кода, с помощью механизмов самого языка. Процедурное программирование является отражением архитектуры традиционных ЭВМ, которая была предложена фон Нейманом в 1940-х годах. Теоретической моделью процедурного программирования служит абстрактная вычислительная система под названием машина Тьюринга.

Аспе́ктно-ориенти́рованное программи́рование (АОП) — парадигма программирования, основанная на идее разделения функциональности для улучшения разбиения программы на модули.

Методология АОП была предложена группой инженеров исследовательского центра Xerox PARC под руководством Грегора Кичалеса (Gregor Kiczales). Ими же было разработано аспектно-ориентированное расширение для языка Java, получившее название AspectJ.

Декларати́вные языки́ программи́рования — это языки программирования высокого уровня, в которых программистом не задается пошаговый алгоритм решения задачи ("как" решить задачу), а некоторым образом описывается, "что" требуется получить в качестве результата. Механизм обработки сопоставления с образцом декларативных утверждений уже реализован в устройстве языка. Типичным примером таких языков являются языки логического программирования (языки, основанные на системе правил).

В программах на языках логического программирования соответствующие действия выполняются только при наличии необходимого разрешающего условия.

Характерной особенностью декларативных языков является их декларативная семантика. Основная концепция декларативной семантики заключается в том, что смысл каждого оператора не зависит от того, как этот оператор используется в программе. Декларативная семантика намного проще семантики императивных языков, что может рассматриваться как преимущество декларативных языков перед императивными.

Динамический язык — язык программирования, который позволяет определять типы данных и осуществлять синтаксический анализ и компиляцию «на лету», на этапе выполнения программы. Динамические языки удобны для быстрой разработки приложений.

Уче́бный язык программи́рования — язык программирования, предназначенный для обучения. В качестве таковых разрабатывались такие языки как BASIC и Паскаль. Из разработанного для обучения языка ABC вырос Python. Популярным языком, разработанным специально для образования является LOGO.

Объектно-ориентированный язык программирования (ОО-язык) — язык, построенный на принципах объектно-ориентированного программирования.

В основе концепции объектно-ориентированного программирования лежит понятие объекта — некой сущности, которая объединяет в себе поля (данные) и методы (выполняемые объектом действия).

Например, объект человек может иметь поля имя, фамилия и методы есть и спать. Соответственно, в программе можем использовать операторы Человек.Имя:="Иван" и Человек.Есть(пища).

Особенности

o В современных ОО языках используются механизмы:

1. Наследование. Создание нового класса объектов путём добавления новых элементов (методов). Некоторые ОО языки позволяют выполнять множественное наследование, то есть объединять в одном классе возможности нескольких других классов.

2. Инкапсуляция. Сокрытие деталей реализации, которое позволяет вносить изменения в части программы безболезненно для других её частей, что существенно упрощает сопровождение и модификацию ПО.

3. Полиморфизм. При полиморфизме некоторые части (методы) родительского класса заменяются новыми, реализующими специфические для данного потомка действия. Таким образом, интерфейс классов остаётся прежним, а реализация методов с одинаковым названием и набором параметров различается. С полиморфизмом тесно связано позднее связывание.

Логи́ческое программи́рование — 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.

Сцена́рный язы́к (англ. scripting language, в русской литературе принято название язык сценариев) — высокоуровневый язык программирования для написания сценариев — кратких описаний действий, выполняемых системой. Разница между программами и сценариями довольно размыта. Сценарий — это программа, имеющая дело с готовыми программными компонентами.

Эзотерические языки программирования — вид языков программирования, не предназначенных для практического применения. Образец компьютерного юмора. В целом такие языки бесполезны, однако программирование на некоторых из них является неплохой тренировкой. Эзотерические языки нередко включают в список разрешённых языков на конкурсах по программированию.