Какие парадигмы и стили программирования поддерживает Python ?
Какие парадигмы и стили программирования поддерживает Python?
Какие парадигмы и стили программирования Python поддерживает?
Какие парадигмы и стили программирования Python поддерживает?
Какие парадигмы Python не поддерживает?
Какие кодировки исходного текста программы поддерживает интерпретатор Python?
Какие характеристики можно отнести к языку программирования Python?
Какие характеристики можно отнести к языку программирования Python?
Какие характеристики можно отнести к языку программирования Python?
Какие характеристики можно отнести к языку программирования Python?
«Забытые» парадигмы программирования
Получилось так, что те парадигмы, которые раньше потом и кровью пробивались в свет через орды приверженцев традиционных методов постепенно забываются. Эти парадигмы возникли на заре программирования и то, почему они возникали, какие преимущества они давали и почему используются до сих пор полезно знать любому разработчику.
Ладно. Введение это очень весело, но вы его все равно не читаете, так что кому интересно — добро пожаловать под кат!
Императивное программирование
Исторически сложилось так, что подавляющее большинство вычислительной техники, которую мы программируем имеет состояние и программируется инструкциями, поэтому первые языки программирования в основном были чисто императивными, т.е. не поддерживали никаких парадигм кроме императивной.
Это были машинные коды, языки ассемблера и ранние высокоуровневые языки, вроде Fortran.
Ключевые моменты:
В этой парадигме вычисления описываются в виде инструкций, шаг за шагом изменяющих состояние программы.
В низкоуровневых языках (таких как язык ассемблера) состоянием могут быть память, регистры и флаги, а инструкциями — те команды, что поддерживает целевой процессор.
В более высокоуровневых (таких как Си) состояние — это только память, инструкции могут быть сложнее и вызывать выделение и освобождение памяти в процессе своей работы.
В совсем высокоуровневых (таких как Python, если на нем программировать императивно) состояние ограничивается лишь переменными, а команды могут представлять собой комплексные операции, которые на ассемблере занимали бы сотни строк.
Основные понятия:
Порожденные понятия:
— Присваивание
— Переход
— Память
— Указатель
Языки поддерживающие данную парадигму:
Как основную:
— Языки ассемблера
— Fortran
— Algol
— Cobol
— Pascal
— C
— C++
— Ada
Как вспомогательную:
— Python
— Ruby
— Java
— C#
— PHP
— Haskell (через монады)
Стоит заметить, что большая часть современных языков в той или иной степени поддерживает императивное программирование. Даже на чистом функциональном языке Haskell можно писать императивно.
Структурное программирование
Структурное программирование — парадигма программирования (также часто встречающееся определение — методология разработки), которая была первым большим шагом в развитии программирования.
Основоположниками структурного программирования были такие знаменитые люди как Э. Дейкстра и Н. Вирт.
Языками-первопроходцами в этой парадигме были Fortran, Algol и B, позже их приемниками стали Pascal и C.
Ключевые моменты:
Эта парадигма вводит новые понятия, объединяющие часто используемые шаблоны написания императивного кода.
В структурном программировании мы по прежнему оперируем состоянием и инструкциями, однако вводится понятие составной инструкции (блока), инструкций ветвления и цикла.
Благодаря этим простым изменениям возможно отказаться от оператора goto в большинстве случаев, что упрощает код.
Иногда goto все-же делает код читабельнее, благодаря чему он до сих пор широко используется, несмотря на все заявления его противников.
Основные понятия:
— Блок
— Цикл
— Ветвление
Языки поддерживающие данную парадигму:
Как основную:
— C
— Pascal
— Basic
Как вспомогательную:
— C#
— Java
— Python
— Ruby
— JavaScript
Поддерживают частично:
— Некоторые макроассемблеры (через макросы)
Опять-же большая часть современных языков поддерживают структурную парадигму.
Процедурное программирование
Опять-же возрастающая сложность программного обеспечения заставила программистов искать другие способы описывать вычисления.
Собственно еще раз были введены дополнительные понятия, которые позволили по-новому взглянуть на программирование.
Этим понятием на этот раз была процедура.
В результате возникла новая методология написания программ, которая приветствуется и по сей день — исходная задача разбивается на меньшие (с помощью процедур) и это происходит до тех пор, пока решение всех конкретных процедур не окажется тривиальным.
Ключевые моменты:
Процедура — самостоятельный участок кода, который можно выполнить как одну инструкцию.
В современном программировании процедура может иметь несколько точек выхода (return в C-подобных языках), несколько точек входа (с помощью yield в Python или статических локальных переменных в C++), иметь аргументы, возвращать значение как результат своего выполнения, быть перегруженной по количеству или типу параметров и много чего еще.
Основные понятия:
Порожденные понятия:
— Вызов
— Аргументы
— Возврат
— Рекурсия
— Перегрузка
Языки поддерживающие данную парадигму:
Как основную:
— C
— C++
— Pascal
— Object Pascal
Как вспомогательную:
— C#
— Java
— Ruby
— Python
— JavaScript
Поддерживают частично:
— Ранний Basic
Стоит отметить, что несколько точек входа из всех этих языков поддерживаются только в Python.
Модульное программирование
Который раз увеличивающаяся сложность программ заставила разработчиков разделять свой код. На этот раз процедур было недостаточно и в этот раз было введено новое понятие — модуль.
Забегая вперед скажу, что модули тоже оказались неспособны сдержать с невероятной скоростью растущую сложность ПО и в последствии появились пакеты (это тоже модульное программирование), классы (это уже ООП), шаблоны (обобщенное программирование).
Программа описанная в стиле модульного программирования — это набор модулей. Что внутри, классы, императивный код или чистые функции — не важно.
Благодаря модулям впервые в программировании появилась серьезная инкапсуляция — возможно использовать какие-либо сущности внутри модуля, но не показывать их внешнему миру.
Ключевые моменты:
Модуль — это отдельная именованная сущность программы, которая объединяет в себе другие программные единицы, близкие по функциональности.
Например файл List.mod включающий в себя класс List
и функции для работы с ним — модуль.
Папка Geometry, содержащая модули Shape, Rectangle и Triangle — тоже модуль, хоть и некоторые языки разделяют понятие модуля и пакета (в таких языках пакет — набор модулей и/или набор других пакетов).
Модули можно импортировать (подключать), для того, чтобы использовать объявленные в них сущности.
Основные понятия:
Порожденные понятия:
Языки поддерживающие данную парадигму:
Как основную:
— Haskell
— Pascal
— Python
Как вспомогательную:
— Java
— C#
— ActionScript 3
Поддерживают частично:
— C/C++
В некоторых языках для модулей введены отдельные абстракции, в других же для реализации модулей можно использовать заголовочные файлы (в C/C++), пространства имен, статические классы и/или динамически подключаемые библиотеки.
Вместо заключения
В данной статье я не описал популярные сейчас объектно-ориентированное, обобщенное и функциональное программирование. Просто потому, что у меня есть свое, довольно радикальное мнение на этот счет и я не хотел разводить холивар. По крайней мере сейчас. Если тема окажется полезной для сообщества я планирую написать несколько статей, изложив основы каждой из этих парадигм подробно.
Также я ничего не написал про экзотические парадигмы, вроде автоматного, аппликативного, аспект/агент/компонент-ориентированного программирования. Я не хотел делать статью сильно большой и опять-же если тема будет востребована, я напишу и об этих парадигмах, возможно более подробно и с примерами кода.
- парадигмы программирования
- программирование
- императивное программирование
- структурное программирование
- процедурное программирование
- Веб-разработка
- Программирование
- Совершенный код
Функциональный и процедурный подход — Python: Декларативное программирование
Python создавался с прицелом на активное и эффективное использование встроенных коллекций. Поэтому при выборе подхода к решению задач Python склоняет программиста к определенному стилю работы. Сам язык подталкивает использовать императивный стиль в сочетании с процедурным и объектно-ориентированным программированием .
Те же коллекции в Python являются объектами и чаще всего модифицируются по месту — отсюда изменяемое состояние. Однако в языке нашлось место и для элементов функционального программирования . Его часто считают подвидом декларативного программирования, потому что функциональный код выглядит как конвейер для преобразования данных.
В этом уроке мы рассмотрим императивный и функциональный код на Python. В обоих случаях мы попробуем вывести на экран отсортированный список уникальных элементов из некоторого набора чисел.
Процедурное решение
В процедурном решении программа разбита на подпрограммы, изменяющие состояние вместо возврата значения. Код будет выглядеть так:
INPUT = [1, 2, 5, 12, 3, 5, 2, 7, 12] def main(): numbers = INPUT[:] filter_and_sort(numbers) # Сортируем и фильтруем по месту for number in numbers: print(number) # Выводим поэлементно в цикле def filter_and_sort(values): values.sort() # Список сортируется по месту previous_value = None index = 0 while index len(values): value = values[index] if value == previous_value and index > 0: # Элемент удаляется из списка, то есть список опять модифицируется values.pop(index) else: index += 1 previous_value = value Это решение достаточно эффективно — оно расходует память только на копию исходного списка, потом сжимает ее и сортирует по месту. У этого решения предсказуемый расход памяти, не зависящий от входных данных. А еще после применения filter_and_sort() данные можно дальше обрабатывать так же по месту, но уже другими процедурами.
Этот код эффективен, но заставляет программиста многое держать в уме. Это повышает вероятность ошибки. Например, мы можем забыть получить копию списка INPUT перед началом обработки — тогда мы случайно отсортируем сам исходный список INPUT .
Такое ошибочное изменение не тех сущностей может привести к неприятным последствиям. Причем такие ошибки не лежат на поверхности — программа выведет нужные числа, поэтому ошибка будет не видна с первого взгляда.
Функциональное решение
Напишем функциональный вариант с элементами декларативного стиля:
INPUT = [1, 2, 5, 12, 3, 5, 2, 7, 12] def main(): print('\n'.join(map(str, sorted(set(INPUT))))) Код описывает, какой результат мы хотим получить:
- print() — напечатанное
- ‘\n’.join(. ) — объединение через перевод строки
- map(str, . ) — последовательность строк
- sorted(set(. )) — полученных из отсортированного множества исходных чисел
Обратите внимание, что в коде нет ни одной переменной. Ничего не нужно защитно копировать, и самого кода гораздо меньше.
Попробуем проанализировать, как этот код работает:
- Создается промежуточное множество set()
- Внутри sorted() создается список — не обычный list() , но все равно копия
- Для каждого итогового числа будет создано по строке
- Функция ‘\n’.join() соберет строку, размер которой будет равен сумме длин всех строк с числами и количеству переводов строк
Как видите, за лаконичность кода приходится платить ресурсами.
Даже если исходный список содержит не слишком много повторов, то промежуточные структуры займут в памяти в разы больше места, чем исходный список. Так происходит из-за множества промежуточных строк, которые заметно тяжелее исходных чисел. Получается, что потребление памяти сильно зависит от состава входных данных.
Истина где-то посередине
Функциональное решение читается хорошо, если разработчик в принципе знаком с таким стилем. Читаемость кода — важная характеристика, поэтому при небольшом объеме входных данных можно выбирать такой вариант.
Процедурное решение читается достаточно тяжело: нужно буквально выполнять код в уме. Еще в такой код сложнее вносить изменения — он слишком специфичен и завязан на текущую задачу. А еще нужно помнить, что процедура filter_and_sort() модифицирует свой аргумент.
Зато процедурный код работает эффективно и предсказуемо. Если у вас много данных с небольшим количеством повторов, то этот вариант может оказаться предпочтительным. Однако оба решения можно и улучшить, немного отступив от парадигмы.
Например, в функциональном решении можно применить цикл:
def main(): for number in sorted(set(INPUT)): print(number) Этот код не создает промежуточных строк, потому что команда print() и так умеет выводить числа. Большая строка не склеивается перед выводом — это самая заметная экономия.
Усложним ситуацию и представим, что все входные элементы уникальны. В таком случае множество будет копией исходного списка — внутри sorted() будет еще одна копия. В итоге у нас будет две копии.
Посмотрим, как еще можно улучшить императивный вариант:
def main(): previous_value = None for value in sorted(INPUT): if previous_value is None or value != previous_value: previous_value = value print(value) Открыть доступ
Курсы программирования для новичков и опытных разработчиков. Начните обучение бесплатно
- 130 курсов, 2000+ часов теории
- 1000 практических заданий в браузере
- 360 000 студентов
Наши выпускники работают в компаниях:
Python Стили программирования — выбираю подходящие.
Пламенный привет посетителям этой страницы, пришедшим из социальных сетей! С апреля 2021-го года наблюдаю удивительное явление: обильный поток посетителей из 4-х социальных сетей. В связи с этим настоятельно рекомендую всем неоднократно и регулярно посещать сайт rtbsm.ru — там в общих чертах изложена Российская Теннисная Балльная Система Марии (Шараповой).
Python Стили программирования — мне известны три основных стиля программирования: Процедурный, Объектно-ориентированный, Функциональный и Структурный.
Процедурный Стиль программирования — это программирование, основанное на использовании процедур:
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.
Основные сведения
Выполнение программы сводится к последовательному выполнению операторов с целью преобразования исходного состояния памяти, то есть значений исходных данных, в заключительное, то есть в результаты.
Таким образом, с точки зрения программиста имеются программа и память, причём первая последовательно обновляет содержимое последней.
Процедурный язык программирования предоставляет возможность программисту определять каждый шаг в процессе решения задачи. Особенность таких языков программирования состоит в том, что задачи разбиваются на шаги и решаются шаг за шагом.
Используя процедурный язык, программист определяет языковые конструкции для выполнения последовательности алгоритмических шагов.
Привожу разъяснение особенностей императивных языков программирования:
- в исходном коде программы записываются инструкции (команды);
- инструкции должны выполняться последовательно;
- при выполнении инструкции данные, полученные при выполнении предыдущих инструкций, могут читаться из памяти;
- данные, полученные при выполнении инструкции, могут записываться в память.
- использование именованных переменных;
- использование оператора присваивания;
- использование составных выражений;
- использование подпрограмм;
- и др.
Объектно-ориентированный Стиль программирования — это стиль, который удовлетворяет трём изложенным ниже требованиям:
- Необходимо обратить внимание на следующие важные части этого определения:
- 1) объектно-ориентированное программирование использует в качестве основных логических конструктивных элементов объекты, а не алгоритмы;
- 2) каждый объект является экземпляром определенного класса;
- 3) классы образуют иерархии.
Основные понятия
Абстракция данных
Абстрагирование означает выделение значимой информации и исключение из рассмотрения незначимой. В ООП рассматривают лишь абстракцию данных (нередко называя её просто «абстракцией»), подразумевая набор значимых характеристик объекта, доступный остальной программе.
Инкапсуляция
Инкапсуляция — свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе. Одни языки (например, С++, Java или Ruby) отождествляют инкапсуляцию с сокрытием, но другие (Smalltalk, Eiffel, OCaml) различают эти понятия.
Наследование
Наследование — свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс — потомком, наследником, дочерним или производным классом.
Полиморфизм подтипов
Полиморфизм подтипов (в ООП называемый просто «полиморфизмом») — свойство системы, позволяющее использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта. Другой вид полиморфизма — параметрический — в ООП называют обобщённым программированием.
Класс
Класс — универсальный, комплексный тип данных, состоящий из тематически единого набора «полей» (переменных более элементарных типов) и «методов» (функций для работы с этими полями), то есть он является моделью информационной сущности с внутренним и внешним интерфейсами для оперирования своим содержимым (значениями полей).
В частности, в классах широко используются специальные блоки из одного или чаще двух спаренных методов, отвечающих за элементарные операции с определенным полем (интерфейс присваивания и считывания значения), которые имитируют непосредственный доступ к полю.
Эти блоки называются «свойствами» и почти совпадают по конкретному имени со своим полем (например, имя поля может начинаться со строчной, а имя свойства – с заглавной буквы).
Другим проявлением интерфейсной природы класса является то, что при копировании соответствующей переменной через присваивание, копируется только интерфейс, но не сами данные, то есть класс – ссылочный тип данных.
Переменная-объект, относящаяся к заданному классом типу, называется экземпляром этого класса.
При этом в некоторых исполняющих системах класс также может представляться некоторым объектом при выполнении программы посредством динамической идентификации типа данных.
Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы обеспечить отвечающие природе объекта и решаемой задаче целостность данных объекта, а также удобный и простой интерфейс.
В свою очередь, целостность предметной области объектов и их интерфейсов, а также удобство их проектирования, обеспечивается наследованием.
Объект
Сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса (например, после запуска результатов компиляции и связывания исходного кода на выполнение).
Функциональный Стиль программирования подробно описан в таком тексте:
Что такое функциональное программирование?
- Функции — объекты первого класса. Т. е. всё, что можно делать с «данными», можно делать и с функциями (вроде передачи функции другой функции в качестве параметра).
- Использование рекурсии в качестве основной структуры контроля потока управления. В некоторых языках не существует иной конструкции цикла, кроме рекурсии.
- Акцент на обработке списков (lists, отсюда название Lisp — LISt Processing). Списки с рекурсивным обходом подсписков часто используются в качестве замены циклов.
- «Чистые» функциональные языки избегают побочных эффектов. Это исключает почти повсеместно распространенный в императивных языках подход, при котором одной и той же переменной последовательно присваиваются различные значения для отслеживания состояния программы.
- FP не одобряет или совершенно запрещает утверждения (statements), используя вместо этого вычисление выражений (т. е. функций с аргументами). В предельном случае одна программа есть одно выражение (плюс дополнительные определения).
- FP акцентируется на том, что должно быть вычислено, а не как.
- Большая часть FP использует функции «высокого порядка» (функции, оперирующие функциями, оперирующими функциями).
Структурный стиль программирования:
Структурное программирование — методология разработки программного обеспечения, в основе которой лежит представление программы в виде иерархической структуры блоков. Предложена в 1970-х годах Э. Дейкстрой и др.
В соответствии с данной методологией любая программа строится без использования оператора goto из трёх базовых управляющих структур: последовательность, ветвление, цикл; кроме того, используются подпрограммы. При этом разработка программы ведётся пошагово, методом «сверху вниз».
Методология структурного программирования появилась как следствие возрастания сложности решаемых на компьютерах задач, и соответственно, усложнения программного обеспечения.
В 1970-е годы объёмы и сложность программ достигли такого уровня, что традиционная (неструктурированная) разработка программ перестала удовлетворять потребностям практики.
Программы становились слишком сложными, чтобы их можно было нормально сопровождать. Поэтому потребовалась систематизация процесса разработки и структуры программ.
Методология структурной разработки программного обеспечения была признана «самой сильной формализацией 70-х годов».
По мнению Бертрана Мейера, «Революция во взглядах на программирование, начатая Дейкстрой, привела к движению, известному как структурное программирование, которое предложило систематический, рациональный подход к конструированию программ.
Структурное программирование стало основой всего, что сделано в методологии программирования, включая и объектное программирование».
Подробная информация про Структурное программирование содержится на странице Python Структурное программирование.
Python Стили программирования — это и Процедурный, и Объектно-ориентированный, и Функциональный, и Структурный стили программирования, ибо Python допускает использование всех четырёх стилей программирования.
Привожу информацию, наглядно показывающую разницу между императивным и функциональным стилями программирования:
- Рефал (для этой категории, представленной единственным языком, нет общепринятого названия);
- Аппликативные (Лисп, ML, Tcl, Rebol);
- Комбинаторные (APL/J/K, FP/FL);
- Бесточечные (чистые конкатенативные) (Joy, Cat, Factor, подмножество PostScript).
Чтобы ещё больше запудрить Вам мозги, привожу информацию об Основных моделях программирования, а также о Подходах и приёмах:
Основные модели программирования
- Императивное программирование
- Декларативное программирование
- Структурное программирование
- Функциональное программирование
- Логическое программирование
- Объектно-ориентированное программирование
- Программирование, основанное на классах
- Программирование, основанное на прототипах
- Субъектно-ориентированное программирование
Подходы и приёмы
- Структурное программирование
- Процедурное программирование
- Аппликативное программирование
- Обобщённое программирование
- Доказательное программирование
- Порождающее программирование
- Аспектно-ориентированное программирование
- Агентно-ориентированное программирование
- Рекурсия
- Автоматное программирование
- Событийно-ориентированное программирование
- Компонентно-ориентированное программирование
- Грамотное программирование
Чтобы разобраться во всех особенностях современных методов, подходов и приёмов программирования, нужно годами заниматься программированием профессионально и сильно перестроить своё мышление.
У меня нет сил и времени на это, да и мозги перестраивать нет желания, поэтому буду заниматься Процедурным и Структурным программированием. ООП не потяну и принципиально не хочу его осваивать.
Приглашаю всех высказываться в Комментариях. Критику и обмен опытом одобряю и приветствую. В хороших комментариях сохраняю ссылку на сайт автора!
И не забывайте, пожалуйста, нажимать на кнопки социальных сетей, которые расположены под текстом каждой страницы сайта.
Продолжение тут…