38. Языки и парадигмы программирования

Развитие языков программирования происходило по разным направлениям, связанным с альтернативными подходами к процессу программирования, называемыми парадигмами программирования. В данном разделе рассматриваются императивная, декларативная, функциональная и объектно-ориентированная парадигмы.

Императивная, или процедурная парадигма, представляет традиционный подход к процессу программирования. Действительно, именно в соответствии с этой парадигмой построен цикл обработки команды центрального процессора: "извлечь-декодировать-выполнить". Как следует из названия, императивная парадигма определяет процесс программирования как запись последовательности команд, которая при выполнении выполнит обработку данных, необходимую для получения желаемого результата. Таким образом, для решения задачи императивная парадигма предлагает попытаться найти алгоритм ее решения.

В декларативной парадигме основная проблема связана с тем, чтобы создать и реализовать общий алгоритм решения задач. После этого задачи можно формулировать в виде, совместимом с этим алгоритмом, а затем применять его. В этом случае роль программиста заключается в точной формулировке задачи, а не в поисках и реализации алгоритма ее решения. Основной трудностью в разработке декларативных языков программирования является выбор базового алгоритма решения задач.

Функциональная парадигма рассматривает процесс разработки программ как конструирование ее из неких "черных ящиков", каждый из которых получает некоторые исходные данные [на входе] и вырабатывает соответствующий результат [на выходе]. Математики называют такие "ящики" функциями, поэтому этот подход называется функциональной парадигмой. Языковые конструкции функциональных языков программирования состоят из элементарных функций, на основе которых программист должен создавать более сложные функции, необходимые для решения поставленной задачи.

Объектно-ориентированная парадигма, которая предполагает применение методов объектно-ориентированного программирования [ООП], - это еще один подход к процессу разработки программного обеспечения. В рамках этого подхода элемент данных рассматривается как активный "объект", а не как пассивный элемент, как это принято в традиционной императивной парадигме. Поясним это на примере списка имен. В традиционной императивной парадигме этот список рассматривается просто как совокупность некоторых данных. Любая программа, получающая на вход этот список, должна содержать алгоритм выполнения над ним требуемых действий. Таким образом, список является пассивным объектом, поскольку он обрабатывается управляющей программой, а не обрабатывает себя сам. Однако при объектно- ориентированном подходе список рассматривается как объект, содержащий некоторую совокупность данных вместе с набором процедур для их обработки. Этот набор может включать процедуры для вставки в список нового элемента, удаления элемента из списка или сортировки списка. Поэтому программа, получающая доступ к списку для его обработки, не обязана содержать алгоритм для выполнения указанных действий. При необходимости она просто выполняет процедуры, предоставляемые самим объектом.

Для того чтобы упростить описание объектов, имеющих больше одинаковых свойств, чем разных, многие объектно-ориентированные языки программирования позволяют одному классу включать свойства другого посредством механизма, называемого наследованием.

Существование множества объектов, имеющих сходные, но все же отличающиеся характеристики, приводит к явлению, напоминающему перегрузку. Понятие перегрузки означает использование одного и того же символа, например знака +, для представления разных операций в зависимости от типа указанных операндов. Предположим, что объектно-ориентированный графический пакет состоит из разнообразных объектов, каждый из которых описывает некоторую фигуру [окружность, прямоугольник, треугольник и т.п.]. Каждое изображение состоит из совокупности таких объектов. Для каждого объекта известны его размер, положение и цвет, а также то, как он реагирует на сообщения, требующие от него определенных действий, например перемещение в новое положение или отображение самого себя на экране. Для того чтобы нарисовать изображение в целом, мы просто посылаем сообщение "нарисуй себя" каждому из объектов, образующих это изображение. Однако программы, рисующие отдельные объекты, изменяются в зависимости от их формы - процесс рисования квадрата отличается от процесса рисования окружности. Данный механизм специфической интерпретации одного и того же сообщения называется полиморфизмом, а соответствующее сообщение - полиморфным.

Другим свойством, связанным с объектно-ориентированным программированием, является инкапсуляция, которая означает ограничение доступа к внутренним свойствам объекта. Если сказать, что некоторое свойство объекта является инкапсулированным, это будет равноценно утверждению, что доступ к этому свойству может иметь только сам объект.