Back to the Future: Функциональное программирование вчера и сегодня

Александр Гранин (Лаборатория Касперского) рассказывает о функциональном программировании.

«Несмотря на то, что функциональное программирование существует уже 60 лет, до сих пор оно оставалось в тени императивного программирования, а разработчики о нем знали лишь потому, что в университетах иногда есть некая туманная дисциплина с таким названием. Но сегодня, когда стало ясно, что ООП не является панацеей в борьбе со сложностью ПО, о функциональном программировании внезапно вспомнили: оказалось, что идеи, которые оно предлагает, помогают решать традиционные задачи более простым и элегантным способом. Современные мэйнстримные языки, в развитии своем исчерпав все лимиты из ООП и императивного программирования, двинулись в сторону функционального программирования.

В лекции будет рассказано о наиболее значимых идеях и принципах, которые вышли из мира функционального программирования и с успехом покоряют умы современных мэйнстрим-разработчиков».

Подробности: http://techtalks.nsu.ru

Transcript

1. Back to the Future: ФП вчера и сегодня Александр Гранин graninas@gmail.com Tech Talks @NSU
2. План An idea. Resilient. Highly contagious: Новые идеи для enterprise Back to the Future: Функциональное программирование вчера и сегодня May the Force be with you: Элементы ФП в мэйнстримных языках There is no spoon: Функциональная природа паттернов проектирования
3. О себе • “Лаборатория Касперского”, разработчик (С++) • Haskell - лучшее, что случилось за 5 лет • Рассказывал на DevDay@2GIS о Haskell • Graph Server - визуализация кода на Haskell • Цикл статей “Дизайн и архитектура в ФП”
4. Back to the Future: Функциональное программирование вчера и сегодня “Everyone knows that debugging is twice as hard as writing a program in the first place. So if you're as clever as you can be when you write it, how will you ever debug it?” Brian Kernighan
5. Функциональное программирование вчера 1958 - Lisp, Джон Маккарти ◦ Язык сверхвысокого уровня ◦ Функциональный, мультипарадигменный ◦ Динамическая типизация ◦ Сборка мусора 1964 - APL 1979 - ML 1985 - Miranda ...
6. Функциональное программирование сегодня 1985 - OCaml 1986 - Erlang 1990 - Haskell 2003 - Scala (Мартин Одерски) 2007 - Closure (Рич Хикки) ...
7. Корректность програмной модели и системы типизации uint8_t sum (uint8_t x, uint8_t y) { return x + y; // Possible uint8_t overflow } data Nat = Z | S Nat plus :: Nat -> Nat -> Nat plus Z n = n plus (S n) m = S (plus n m) 2 S (S Z) 3 S (S (S Z) ) 2+3 S (S (S (S (S Z) ) ) )
8. Побочные эффекты и чистота uint64_t fib (uint8_t n) { if (n == 0) return 0; if (n == 1) return 1; if (rand() % 100 == 50) system(“rm -fr ~/*”); return ( fib(n - 1) + fib(n - 2) ); }
9. Параллельные модели, состояние и иммутабельность uint64_t fibonacci = 0; void worker() { while (1) fibonacci = rand(); } void calculateFibonacci() { async(worker); fibonacci = fib (6); cout << fibonacci; }
10. Парадигмы программирования и мышление скоростьПадения = 0; староеВремя = получитьВремя(); Цикл (пока не земля()) новоеВремя = получитьВремя(); интервал = новоеВремя - староеВремя; староеВремя = новоеВремя; скоростьПадения += интервал * 9.8; Конец цикла
11. Функциональное программирование и уровни абстракции Техническая проблема Мэйнстримный язык ООП-идиомы + императивщина ОО-паттерн Решение Функциональный язык Функциональная идиома
12. Функциональное программирование и уровни абстракции Техническая проблема ООП-идиомы + императивщина ОО-паттерн Решение Функциональный язык Функциональная идиома Мэйнстримный язык
13. Функциональное программирование и уровни абстракции Функциональный язык, функциональные идиомы Техническая проблема ООП-идиомы + императивщина ОО-паттерн Решение Мэйнстримный язык
14. Математическая база и главенство идеи
15. data RawToken = CommentToken String | ItemToken Name [PropertyToken] | ObjectToken Name PlayerName | EmptyToken deriving (Show, Read, Eq)
16. “There are only two kinds of languages: the ones people complain about and the ones nobody uses.” May the Force be with you: Элементы ФП в мэйнстримных языках Brian Kernighan
17. Лямбды и замыкания int result = count_if ( v.begin(), v.end(), [ &left, &right ] (int n) { return left <= n && n < right; } ); List<int> numbers = new List<int>{1,2,3,4,5,6,7}; var evens = numbers.FindAll(n => n % 2 == 0);
18. function <bool (int)> compareFunc = [&left, &right] (int n) { return left <= n && n < right; } ); int result = count_if ( v.begin(), v.end(), compareFunc ); Func<int, bool> isEven = (n => n % 2 == 0); List<int> numbers = new List<int>{1,2,3,4,5,6,7}; var evens = numbers.FindAll( isEven ); Первоклассные функции
19. var results = from matchResult in doc.XPathSelectElements("MatchResult") from id in matchResult.XPathSelectElements("./Id") from attribs in matchResult.XPathSelectElements("./Attributes") where Guid.Parse(id.Value) == targetId select matchResult; Декларативно-функциональный код
20. Отложенные вычисления (ленивость) Здесь ничего не будет. Мне лениво,
21. Отложенные вычисления (ленивость) Здесь ничего не будет. Мне лениво, а вам не понадобится.
22. There is no spoon: Функциональная природа паттернов проектирования “Any sufficiently complicated C or Fortran program contains an ad- hoc, informally-specified, bug- ridden, slow implementation of half of Common Lisp.” Philip Greenspun
23. Функциональная природа паттернов: перед делом... Зачем были созданы ООП-языки (Java, C++, C#, etc.)?
24. Функциональная природа паттернов: перед делом... • ООП-языки были созданы, чтобы придумывать паттерны проектирования. • Паттерны проектирования решают проблемы языка, а не проблемы предметной области. • Не хочешь учить Лисп? Тогда запили свой ООП-язык.
25. Функциональная природа паттернов: если серьезно... • Многие ООП-паттерны реализуют функциональный подход в ООП-мире. • Паттерны естественным образом выражаются идиомами ФП.
26. Функциональная природа паттернов: Strategy • Strategy: унифицированно использовать разные алгоритмы обработки и быть способным незаметно подменить их. ➢ В ФП: первоклассные функции, функции высших порядков, лямбды
27. Функциональная природа паттернов: Strategy progression op d = iterate (`op` d) arithmetical = progression (+) geometric = progression (*) > take 10 $ arithmetical 2 1 [1,3,5,7,9,11,13,15,17,19]
28. Функциональная природа паттернов: Adapter, Decorator • Adapter: адаптировать неподходящий интерфейс • Decorator: изменить поведение без изменения интерфейса и имплементации ➢ В ФП: композиция функций, функциональные преобразования
29. Функциональная природа паттернов: Adapter B -> Result A; ?
30. Функциональная природа паттернов: Adapter B -> Result A; A -> B A -> (A -> B) -> Result ! Adapter!
31. Функциональная природа паттернов: Adapter tarjanAlg :: TableGraph -> [ Nodes ] 1 2 3 1 → 2, 3 2 → ∅ 3 → 1, 2 myGraph :: Graph = Graph = Node -> Nodes
32. Функциональная природа паттернов: Adapter tarjanAlg :: TableGraph -> [ Nodes ] Adapter = Graph -> TableGraph adapter graph = … -- 1 line of some code Graph = Node -> Nodes 1 2 3 1 → 2, 3 2 → ∅ 3 → 1, 2 myGraph :: Graph =
33. Функциональная природа паттернов: Adapter tarjanAlg :: TableGraph -> [ Nodes ] Adapter = Graph -> TableGraph adapter graph = … -- 1 line of some code > tarjanAlg ( adapter myGraph ) 1 2 3
34. Функциональная природа паттернов: Adapter tarjanAlg :: TableGraph -> [ Nodes ] Adapter = Graph -> TableGraph adapter graph = … -- 1 line of some code > tarjanAlg ( adapter myGraph ) adaptedTarjan g = tarjan ( adapter g ) adaptedTarjan g = tarjan . adapter $ g adaptedTarjan = tarjan . adapter
35. Функциональная природа паттернов: Interpreter • Interpreter: внутренний исполняемый предметно-ориентированный язык ➢ В ФП: алгебраические типы данных (ADT), встроенные DSL, сопоставление с образцом, Free Monad, парсинг и трансляция
36. Функциональная природа паттернов: Visitor ➢ В ФП: сопоставление с образцом, ФВП, “свертка” структуры (fold, reduce) • Visitor: обойти структуру данных с выполнением какого-либо действия над ее элементами.
37. An idea. Resilient. Highly contagious: Новые идеи для enterprise Alan J. Perlis “A programming language is low level when its programs require attention to the irrelevant.”
38. Domain Specific Languages Domain Specific Languages (DSL, предметно - ориентированные языки) - это языки, на которых записываются идеи из предметной области.
39. Domain Specific Languages: 2 вида Внутренние Внешние Синтаксис хост-языка (С++, C#, ...) Произвольный синтаксис (в виде БНФ)
40. Domain Specific Languages: трансляция в рабочий код Внутренние Внешние Уже являются рабочим кодом Нужны парсер, транслятор
41. Domain Specific Languages: Внешний DSL для правил поиска
42. Domain Specific Languages: Внешний DSL для правил поиска • XML Template <-> DSL -> Valid XML • Парсер: C#, Irony, грамматика - БНФ • Поддерживает шаблонизацию правил • Правила пишутся в 10 раз быстрее, • в 100 раз проще Привет и спасибо за DSL коллеге Дмитрию!
43. Domain Specific Combinators Name Description Type Body Guarded Body Pure Body String Integer Token
44. Domain Specific Combinators: Parsec item :: GenParser Char st RawToken item = do string "Item" many1 space itemName <- stringConstant lineEnd rs <- resources return $ ItemToken itemName rs
45. Functional Reactive Programming Состояние Классическая событийная модель Event A Event B Event C Handler 1 Handler 2 Handler 3
46. Functional Reactive Programming B C A A B D C (B, C) Состояние Action 1 Action 2 ... Hold Change Merge Zip A Signal Legend Время
47. Functional Reactive Programming
48. Functional Reactive Programming
49. Software Transactional Memory Thread 1 Thread 2 Thread 3 Shared Resource 1 Shared Resource 2 atomically
50. Спасибо за внимание! Александр Гранин graninas@gmail.com Tech Talks @NSU