Sind Sie neugierig auf die Unterschiede zwischen funktionaler Programmierung und objektorientierter Programmierung (OOP)? Programmierparadigmen klassifizieren Sprachen auf der Grundlage ihrer Merkmale und ihrer Herangehensweise an die Lösung von Problemen. Bei der funktionalen Programmierung liegt der Schwerpunkt auf der Zusammenstellung reiner Funktionen zur Erstellung von Software, wobei Seiteneffekte und veränderliche Daten vermieden werden. Bei der OOP hingegen geht es darum, Softwaredesign und Daten um Klassen und Objekte herum zu organisieren. Erfahren Sie mehr über die Prinzipien und Konzepte der einzelnen Paradigmen und ihre Vorteile in unserem letzten Beitrag. Welchen Ansatz bevorzugen Sie?
Ein Programmierparadigma ist eine Strategie, die eine Programmieraufgabe mit Hilfe einer Programmiersprache löst und Programmiersprachen auf der Grundlage ihrer Eigenschaften klassifiziert. Es gibt viele bekannte Programmiersprachen, und alle müssen bei ihrer Implementierung einem bestimmten Ansatz folgen. Dieser Ansatz wird als Paradigma bezeichnet.
Programmiersprachen werden in zahlreiche Paradigmen eingeteilt. Einige Paradigmen befassen sich hauptsächlich mit den Auswirkungen auf das Ausführungsmodell der Sprache, wie z.B. das Zulassen von Seiteneffekten oder die Definition der Reihenfolge von Operationen durch das Ausführungsmodell. Andere befassen sich mit der Organisation des Codes, wie z.B. dem Zusammensetzen von Code in Einheiten mit dem durch den Code veränderten Zustand, wieder andere sind durch den Stil der Syntax und Grammatik aufgewühlt.
Viele Programmiersprachen bieten lieber eine Mehrparadigmenprogrammierung an, als sich strikt an ein Paradigma zu halten. Im Allgemeinen kommt es jedoch auf die Vorlieben des Entwicklers und die Ziele der Anwendung an.
Es gibt viele Programmierparadigmen, wie z.B. logische Programmierung, prozedurale Programmierung und andere. Aber heute liegt der Schwerpunkt auf funktionaler und objektorientierter Programmierung. Lassen Sie uns das erkunden!
FUNKTIONALE PROGRAMMIERUNG
Bei der funktionalen Programmierung wird Software durch das Zusammenstellen reiner Funktionen erstellt, wobei ein gemeinsamer Zustand, veränderliche Daten und Seiteneffekte vermieden werden. Funktionale Programmierung ist ein deklaratives Programmierparadigma, das auf reinen Funktionen basiert. Normalerweise verändern diese Funktionen keine Variablen, sondern erzeugen neue als Ausgabe. Die Ausgabe einer reinen Funktion hängt vollständig von den Eingabeparametern ab, wodurch externe Einflüsse begrenzt und Seiteneffekte vermieden werden.
Funktionale Programmiersprachen sind darauf ausgelegt, symbolische Berechnungen und Listenverarbeitungsanwendungen zu bearbeiten. Zu den Programmiersprachen, die funktionale Programmierung unterstützen, gehören JavaScript, Python, Scala und Racket.
Im Gegensatz zum imperativen Stil konzentriert sich die funktionale Programmierung hauptsächlich auf die Frage, „was zu lösen ist“, und zwar durch Ausdrücke. Ein Ausdruck wird ausgewertet, um einen Wert zu erzeugen.
Konzepte der funktionalen Programmierung
- Reine Funktionen
Eine Funktion ist ein Prozess, der eine Dateneingabe aufnimmt, sie verarbeitet und eine Ausgabe liefert. Funktionen sind Komponenten des Codes, die dazu dienen, bestimmte Aufgaben zu erfüllen. Reine Funktionen verfügen über zwei wesentliche Eigenschaften. Erstens erzeugen reine Funktionen für dieselben Argumentwerte unabhängig von der Umgebung stets das gleiche Ergebnis. Zweitens haben reine Funktionen keine Nebeneffekte, da sie keine lokalen statischen Variablen, veränderbaren Referenzargumente, Eingabeströme oder andere externe Aspekte verändern.
Vorteile
- Reine Funktionen haben keine Seiteneffekte, so dass mit funktionaler Programmierung erstellte Programme leicht zu debuggen sind.
- Reine Funktionen erleichtern auch das Schreiben paralleler oder nebenläufiger Anwendungen.
- Reine Funktionen lassen sich leicht testen, da es ausreicht, die Eingabe zu prüfen und das erwartete Ergebnis zu bestätigen.
- Da reine Funktionen unabhängig sind, ist es einfacher, sie innerhalb des Codes zu refaktorisieren. Durch ihre Unabhängigkeit sind sie portabel und können leichter in anderen Anwendungen wiederverwendet werden.
Reine Funktionen sind also portable, wiederverwendbare und unkomplizierte Codestücke, die bei der Implementierung eines Programms äußerst praktisch sind und sie zur zentralen funktionalen Programmiereinheit machen.
2. Rekursion
Iteration oder Schleifen in der funktionalen Programmierung werden durch Rekursion implementiert. Rekursive Funktionen rufen sich selbst auf und wiederholen die Operation, bis sie den Basisfall erreicht. Die Rekursion erfordert die Verwaltung eines Stacks, der linear zur Tiefe der Rekursion Platz verbraucht. Dies könnte die Verwendung von Rekursion anstelle von imperativen Schleifen teuer machen.
3. Referentielle Transparenz
Funktionale Programme haben keine Zuweisungsanweisungen. Wenn Sie einen Wert speichern müssen, definieren Sie stattdessen neue Variablen. Dadurch werden Seiteneffekte vermieden, denn jede Variable kann an jedem beliebigen Ausführungspunkt durch den entsprechenden Wert ersetzt werden, ohne dass sich das Verhalten des Programms ändert, was funktionale Programme referenziell transparent macht. Diese Funktion ermöglicht es Ihnen, eine reine Funktion je nach Kontext durch eine andere Implementierung zu ersetzen.
Daher hat die funktionale Programmierung viele Vorteile, wie z.B. optimale Transparenz, bessere Lesbarkeit der Werte und die Verwendung reiner Funktionen ohne Seiteneffekte. Die funktionale Programmierung wird in vielen Programmiersprachen und Frameworks verwendet, da sie durch die Verwendung reiner Funktionen, die keine Seiteneffekte haben und dieselbe Ausgabe erzeugen, wartbare und saubere Software entwickelt.
OBJEKTORIENTIERTE PROGRAMMIERUNG
Die objektorientierte Programmierung ist ein imperatives Programmierparadigma, das das Softwaredesign und die Daten auf der Grundlage des Konzepts von Klassen und Objekten organisiert. Es wird verwendet, um Softwareprogramme in einfache und wiederverwendbare Codemuster zu strukturieren, die gemeinhin als Klassen bezeichnet werden. Der Hauptzweck der objektorientierten Programmierung besteht darin, Daten und Funktionen so zusammenzustellen, dass keine andere Komponente des Codes außer dieser Funktion auf diese Daten zugreifen kann.
Bei der objektorientierten Programmierung liegt der Schwerpunkt auf der Manipulation von Objekten und nicht auf der Logik, die zur Steuerung dieser Objekte erforderlich ist. Diese Methode eignet sich am besten für große, komplexe und aktiv aktualisierte Programme. Zu diesen Programmen gehören mobile Anwendungen sowie Fertigungs- und Designprogramme. Die objektorientierte Programmierung ist auch in der Simulationssoftware für Fertigungssysteme unerlässlich.
Viele weit verbreitete Programme sind multiparadigmatisch und unterstützen die objektorientierte Programmierung, meist in Kombination mit prozeduraler und imperativer Programmierung. Zu den herausragenden objektorientierten Sprachen gehören Java, C++, Python, Object Pascal und Objective-C.
Konzepte der objektorientierten Programmierung
Klassen und Objekte
Das Konzept der Klassen und Objekte ist die Essenz der objektorientierten Programmierung, die aus Funktionen und Daten besteht. Klassen und Objekte zerlegen ein umfangreiches System in reale Abstraktionen, die eine Grundlage für Analyse und Design bilden können. In der Analysephase werden die Objekte und Klassen bestimmt. Die in der Analysephase ermittelten Objekte und Klassen werden in der Entwurfsphase verfeinert.
Klassen
Eine Klasse ist ein Satz von Anweisungen, der eine Datenstruktur für ein bestimmtes Objekt einleitet. Dabei wird festgelegt, welche Variablen in einem Objekt vorhanden sein können, wie es sich verhält und welche Mitgliedsfunktionen definieren, wie mit den Variablen zu verfahren ist. Jede Klasse stellt eine Sammlung von Objekten mit bekannten Attributen und Operationen dar. Klassen besitzen ihre Datenmitglieder und Mitgliedsfunktionen, auf die sie zugreifen und die sie verwenden, indem sie eine Instanz dieser Klasse erzeugen. Eine Klasse dient als Blaupause für Objekte, Attribute und Methoden. Wenn eine Klasse definiert wird, wird kein Speicher zugewiesen, aber wenn sie instanziiert wird, wird Speicher zugewiesen und ein Objekt erzeugt.
Objekte
Objekte sind Instanzen von Klassen, die mit hauptsächlich definierten Daten erstellt werden. Ein Objekt gibt eine öffentliche Schnittstelle für anderen Code aus, den es verwenden möchte, während es seinen privaten internen Zustand beibehält. Das bedeutet einfach, dass Objekte ohne Code oder Datendetails miteinander in Beziehung treten können. Objekte sind die Grundeinheiten der objektorientierten Programmierung und stellen reale Entitäten dar. Ein Objekt muss haben;
- Eine Identität: Objekte müssen einen eindeutigen Namen und eine ID besitzen, damit sie miteinander in Beziehung treten können.
- Ein Zustand: Der Zustand eines Objekts spiegelt die Attribute oder Merkmale eines Objekts wider.
- Verhalten: Dies sind die Methoden des Objekts und wie sie reagieren und miteinander interagieren.
Jedes Objekt besteht aus Daten und Code zur Steuerung der Daten. Wenn ein Programm ausgeführt wird, stehen die Objekte miteinander in Beziehung, indem sie sich gegenseitig Nachrichten senden.
Grundlagen der objektorientierten Programmierung
Wie bereits erwähnt, basiert die objektorientierte Programmierung auf dem Konzept von Objekten und Klassen und wird verwendet, um Softwareprogramme in zugängliche und wiederverwendbare Codemuster zu strukturieren. Zu den grundlegenden Prinzipien der objektorientierten Programmierung gehören Kapselung, Vererbung, Abstraktion und Polymorphismus. Zusammen bilden sie die Arbeitsphilosophie jeder objektorientierten Programmierung.
4. Verkapselung
Verkapselung bedeutet, dass ein Objekt innerhalb einer Klasse seinen Zustand privat hält und nur ausgewählte Informationen offengelegt werden. Die Verkapselung bündelt Daten und die Methoden, die mit diesen Daten arbeiten, in einer einzigen Einheit. Die Verkapselung verbirgt die interne Softwarecode-Implementierung innerhalb einer Klasse und verbirgt die internen Daten der darin enthaltenen Objekte.
Dieses Prinzip erfordert, dass Sie einige Felder entweder als privat oder öffentlich definieren.
- Öffentliche/externe Schnittstelle
Methoden und Eigenschaften sind von außerhalb der Klasse zugänglich.
- Private/interne Schnittstelle
Methoden und Eigenschaften sind für andere Methoden der gleichen Klasse zugänglich.
Die Kapselung ist von entscheidender Bedeutung, denn sie ermöglicht es einem Programmierer, die interne Implementierung eines Objekts zu ändern, ohne den gesamten Code, der es verwendet, suchen und aktualisieren zu müssen. Die Kapselung schafft auch eine Firewall zwischen dem Objekt und dem Rest des Systems.
- Vererbung
Vererbung ist die Fähigkeit eines Objekts oder einer bestehenden Klasse, Eigenschaften und Merkmale eines anderen Objekts abzuleiten. Wenn Sie eine Klasse schreiben, erben Sie Eigenschaften von anderen Klassen. Daher müssen Sie diese Eigenschaften und Funktionen nicht wiederholt schreiben. Das bedeutet, dass Sie die Wiederverwendbarkeit zu Ihrem Vorteil nutzen können, da Sie die Felder und Methoden der bestehenden Klasse wiederverwenden können, ohne den Code in einem Programm neu schreiben zu müssen. Die Vererbung ist von entscheidender Bedeutung, da sie ein Verfahren zum Organisieren und Strukturieren der Software bereitstellt. Durch Vererbung wird die Duplizierung desselben Codes vermieden und die Gefahr von Fehlern und Datenredundanz verringert.
- Abstraktion
Abstraktion ist das Verfahren, bei dem Sie Implementierungsdaten und Details verbergen und dem Benutzer nur die relevanten Daten offenlegen. Das Verstecken solcher Daten ist sehr wichtig, da es die Komplexität des Programms reduziert. Dank der Datenabstraktion müssen sich die Benutzer nicht mit der komplexen Logik hinter dem Programm befassen, da sie nur mit ausgewählten Attributen und Methoden eines Objekts interagieren. Durch die Abstraktion schützen Sie Daten vor der Preisgabe, da nur ausgewählte Daten offengelegt werden und der Zugriff auf diese Daten über Klassen und Methoden möglich ist. Dieses Konzept hilft Entwicklern auch dabei, das Programm schnell weiterzuentwickeln.
- Polymorphismus
Hier sind die Objekte so strukturiert, dass sie dasselbe Verhalten aufweisen und mehr als nur eine Form haben können. Polymorphismus ermöglicht es, dass verschiedene Arten von Objekten dieselbe Schnittstelle durchlaufen können. Außerdem kann ein und dieselbe Methode verschiedene Verhaltensweisen auf zwei Arten ausführen;
- Methodenüberschreibung: Hier bietet eine untergeordnete Klasse eine andere Implementierung als ihre übergeordnete Klasse.
- Methodenüberladung: Es werden mehrere Funktionen mit demselben Namen, aber mit unterschiedlichen Implementierungen erstellt.
Es gibt zwei Arten von Polymorphismus: statischen Polymorphismus und dynamischen Polymorphismus.
Statischer Polymorphismus kann durch Methodenüberladung erreicht werden und dynamischer Polymorphismus wird durch Methodenüberschreibung erreicht.
Fazit
Objektorientierte Programmierung und funktionale Programmierung sind zwei der beliebtesten Programmierparadigmen. Beide Paradigmen wurden strukturiert, um Entwicklern zu helfen, effektive und effiziente Anwendungen mit unterschiedlichen Ansätzen zu erstellen.
Beide Paradigmen haben unterschiedliche Ansätze, so dass die meisten Entwickler stattdessen hybride Lösungen auf der Grundlage der Anforderungen und Ziele des Projekts implementieren würden.
