लेखों की इस श्रृंखला में, आप कार्यात्मक प्रोग्रामिंग के मूल सिद्धांतों से परिचित हो जाएंगे और समझेंगे कि "कार्यात्मक रूप से सोचने" का क्या अर्थ है और यह दृष्टिकोण ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड या अनिवार्य प्रोग्रामिंग से कैसे भिन्न होता है।

अब जब आपने लेख " डाइविंग इन एफ # " में एफ # का उपयोग करने के कुछ कारण देखे हैं । सी # डेवलपर्स के लिए एक गाइड ”, एक कदम पीछे ले जाएं और कार्यात्मक प्रोग्रामिंग की मूल बातें पर चर्चा करें। "कार्यात्मक प्रोग्रामिंग" वास्तव में क्या मतलब है, और यह दृष्टिकोण ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड या अनिवार्य प्रोग्रामिंग से कैसे अलग है?

मानसिकता में बदलाव (परिचय)

यह समझना महत्वपूर्ण है कि कार्यात्मक प्रोग्रामिंग केवल एक अलग प्रोग्रामिंग शैली नहीं है। यह प्रोग्रामिंग में सोचने का एक बिल्कुल अलग तरीका है, जो "पारंपरिक" दृष्टिकोण से भिन्न होता है क्योंकि वर्तमान ओओपी (स्मॉलटॉक शैली में) एक पारंपरिक अनिवार्य भाषा जैसे सी से भिन्न होता है।

एफ # आपको गैर-कार्यात्मक कोडिंग शैलियों का उपयोग करने की अनुमति देता है, और यह प्रोग्रामर को उसकी मौजूदा आदतों को संरक्षित करने के लिए प्रेरित करता है। आप एफ # में प्रोग्राम कर सकते हैं जिस तरह से आप उपयोग कर रहे हैं, विश्वदृष्टि को मौलिक रूप से बदलने के बिना, और यह भी जानने के बिना कि आप क्या याद कर रहे हैं। हालांकि, एफ # से सबसे अधिक पाने के लिए, और यह भी सीखना है कि सामान्य रूप से एक कार्यात्मक शैली में आत्मविश्वास से कैसे प्रोग्राम करना है, यह एक कार्यात्मक और अनिवार्य तरीके से सोचने के लिए सीखना बहुत महत्वपूर्ण है।

लेखों की इस श्रृंखला का उद्देश्य कार्यात्मक प्रोग्रामिंग की पृष्ठभूमि को समझने और उसकी सोचने के तरीके को बदलने में मदद करना है।

यह एक बहुत सार श्रृंखला होगी, हालांकि मैं कुछ बिंदुओं को प्रदर्शित करने के लिए कई लघु कोड उदाहरणों का उपयोग करूंगा। हम निम्नलिखित विषयों को कवर करेंगे:

गणितीय कार्य । पहला लेख गणितीय अवधारणाओं को प्रस्तुत करता है जो कार्यात्मक भाषाओं और उन लाभों को रेखांकित करता है जो इस दृष्टिकोण को लाता है।
कार्य और मूल्य । निम्नलिखित कार्यों और मूल्यों का परिचय देता है, बताता है कि "मान" चर से कैसे भिन्न होते हैं, और फ़ंक्शन और सरल मूल्यों के बीच समानताएं क्या हैं।
प्रकार । फिर हम मुख्य प्रकारों पर आगे बढ़ते हैं जो कार्यों के साथ काम करते हैं: आदिम प्रकार जैसे कि स्ट्रिंग और इंट, यूनिट प्रकार, कार्यात्मक प्रकार, और सामान्य प्रकार।
कई मापदंडों के साथ कार्य । मैं आगे "करी" और "आंशिक अनुप्रयोग" की अवधारणाओं को समझाऊंगा। इस स्थान पर, किसी का मस्तिष्क चोटिल होगा, खासकर अगर इन दिमागों का केवल एक अनिवार्य अतीत होता है।
कार्यों की परिभाषा । फिर कई पोस्ट फ़ंक्शंस को परिभाषित करने और संयोजन के कई अलग-अलग तरीकों के लिए समर्पित होंगे।
कार्यों के हस्ताक्षर । फ़ंक्शन हस्ताक्षर के महत्वपूर्ण मूल्य पर निम्नलिखित एक महत्वपूर्ण पद है, उनका क्या मतलब है, और फ़ंक्शन की सामग्री को समझने के लिए हस्ताक्षर का उपयोग कैसे करें।
कार्यों का संगठन । जब यह स्पष्ट हो जाता है कि कार्यों को कैसे बनाया जाए, तो सवाल उठता है: आप उन्हें कोड के बाकी हिस्सों तक पहुंच बनाने के लिए कैसे व्यवस्थित कर सकते हैं?

गणित के कार्य

कार्यात्मक प्रोग्रामिंग गणित से प्रेरित है। गणितीय कार्यों में कई बहुत अच्छी विशेषताएं हैं जिन्हें कार्यात्मक भाषाएं लागू करने का प्रयास करती हैं।

आइए एक गणित फ़ंक्शन से शुरू करें जो 1 से एक नंबर जोड़ता है।

Add1(x) = x+1

इस अभिव्यक्ति का वास्तव में क्या मतलब है? यह बहुत सरल लगता है। इसका मतलब है कि एक ऐसा ऑपरेशन है जो एक नंबर लेता है और इसमें 1 जोड़ता है।
कुछ शब्दावली जोड़ें:

मान्य इनपुट फ़ंक्शन मानों के सेट को डोमेन (स्कोप) कहा जाता है। इस उदाहरण में, यह बहुत सारी वास्तविक संख्याएँ हो सकती हैं, लेकिन हम जीवन को सरल बना देंगे और यहाँ खुद को पूरी संख्या में सीमित कर लेंगे।
फ़ंक्शन के संभावित परिणामों के सेट (मूल्यों की सीमा) को रेंज (तकनीकी रूप से, कोडेन छवि) कहा जाता है। इस मामले में, कई पूर्णांक भी हैं।
एक फ़ंक्शन को डोमेन से सीमा तक (मूल नक्शे में ) मैपिंग कहा जाता है। (वह है, दायरे से लेकर दायरे तक।)

इस प्रकार यह परिभाषा F # में दिखाई देगी।

 let add1 x = x + 1

यदि आप इसे एफ # इंटरएक्टिव में दर्ज करते हैं (दोहरे अर्धविरामों के बारे में मत भूलना), तो आप परिणाम (फ़ंक्शन के "हस्ताक्षर") देख सकते हैं:

 val add1 : int -> int

निष्कर्ष पर विस्तार से विचार करें:

सामान्य अर्थ यह है कि add1 फ़ंक्शन पूर्णांक (परिभाषा डोमेन से) पूर्णांक (मान की श्रेणी से) की तुलना करता है।
" add1 " को "वैल" के रूप में परिभाषित किया गया है, जो "वैल्यू" के लिए छोटा है। हम्म? इसका क्या मतलब है हम अर्थों पर थोड़ी देर बाद चर्चा करेंगे।
तीर संकेतन "->" का उपयोग डोमेन और सीमा दिखाने के लिए किया जाता है। इस मामले में, डोमेन श्रेणी की तरह 'int' का होता है।

ध्यान दें कि प्रकार स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट नहीं था, लेकिन एफ # संकलक ने फैसला किया कि फ़ंक्शन ints के साथ काम करता है। (क्या इसे बदला जा सकता है? हां, और जल्द ही हम इसे देखेंगे)।

गणितीय कार्यों के प्रमुख गुण

गणितीय कार्यों में कई गुण होते हैं जो उन्हें प्रक्रियात्मक प्रोग्रामिंग में उपयोग किए जाने वाले कार्यों से बहुत अलग करते हैं।

एक फ़ंक्शन में हमेशा समान इनपुट मान के लिए समान परिणाम होता है।
फ़ंक्शन का कोई साइड इफेक्ट नहीं है।

ये गुण कई उल्लेखनीय लाभ प्रदान करते हैं जो कार्यात्मक प्रोग्रामिंग भाषाओं को उनके डिजाइन में यथासंभव महसूस करने की कोशिश करते हैं। हम उनमें से प्रत्येक पर बारी-बारी से विचार करेंगे।

गणितीय कार्य हमेशा दिए गए मान पर समान परिणाम लौटाते हैं

अनिवार्य प्रोग्रामिंग में, हम सोचते हैं कि कुछ या तो "कुछ" करते हैं या कुछ गिनते हैं। गणित कार्य कुछ भी नहीं गिनता है, यह इनपुट से आउटपुट तक शुद्ध मैपिंग है। वास्तव में, फ़ंक्शन की एक और परिभाषा सभी मैपिंग का एक सरल सेट है। उदाहरण के लिए, फ़ंक्शन को "add1" (C # में) के रूप में परिभाषित करना बहुत कठिन है

 int add1(int input) { switch (input) { case 0: return 1; case 1: return 2; case 2: return 3; case 3: return 4; etc ad infinitum } }

जाहिर है, हर संभव संख्या के लिए एक मामला होना असंभव है, लेकिन सिद्धांत समान है। इस सेटिंग के साथ, कोई गणना नहीं की जाती है, केवल एक खोज की जाती है।

गणित साइड इफेक्ट्स से मुक्त है

एक गणितीय फ़ंक्शन में, इनपुट और आउटपुट मान तार्किक रूप से दो अलग-अलग चीजें हैं, दोनों को पूर्वनिर्धारित किया जा रहा है। फ़ंक्शन इनपुट या आउटपुट डेटा को नहीं बदलता है और केवल परिभाषा क्षेत्र से पूर्वनिर्धारित इनपुट मूल्य को मूल्य क्षेत्र में पूर्वनिर्धारित आउटपुट मान पर मैप करता है।

दूसरे शब्दों में, एक फ़ंक्शन गणना का इनपुट डेटा या किसी अन्य प्रकार का कोई प्रभाव नहीं हो सकता है । यह याद रखना चाहिए कि किसी फ़ंक्शन की गणना वास्तव में किसी भी चीज़ की गिनती या हेरफेर नहीं करती है, यह सिर्फ एक ओवररेटेड खोज है।

मूल्यों की यह "अपरिवर्तनीयता" बहुत ही सूक्ष्म है, लेकिन एक ही समय में एक बहुत ही महत्वपूर्ण चीज है। जब मैं गणित करता हूं, तो मुझे उम्मीद है कि संख्याओं में बदलाव नहीं होगा क्योंकि वे जोड़े जाते हैं। उदाहरण के लिए, अगर मेरे पास:

 x = 5 y = x+1

जब मैं जोड़ता हूं कि मैं x बदलने की अपेक्षा नहीं करता हूं। मुझे उम्मीद है कि एक अलग संख्या ( y ) प्राप्त होगी, और x को अछूता रहना चाहिए। गणित की दुनिया में, पूर्णांक पहले से ही एक अपरिवर्तनीय सेट में मौजूद हैं, और add1 फ़ंक्शन केवल उनके बीच के संबंध को निर्धारित करता है।

शुद्ध कार्य की शक्ति

उन कार्यों के प्रकार जिनके दोहराए जाने योग्य परिणाम होते हैं और जिनके दुष्प्रभाव नहीं होते हैं, उन्हें "शुद्ध कार्य" कहा जाता है, और आप इसके साथ कुछ दिलचस्प चीजें कर सकते हैं:

वे समानांतर करना आसान है। कहते हैं, हम 1 से 1000 तक की सीमा में पूर्णांकों को ले सकते हैं और उन्हें 1000 विभिन्न प्रोसेसरों में वितरित कर सकते हैं, जिसके बाद हम प्रत्येक सीपीयू को संबंधित संख्या पर " add1 " निष्पादित करने का निर्देश देते हैं, जबकि यह सुनिश्चित करते हैं कि उनके बीच किसी भी बातचीत की कोई आवश्यकता नहीं है। कोई ताले, कोई म्यूटेक्स, कोई सेमाफोर आदि नहीं।
आप प्रोग्राम लॉजिक के लिए आवश्यक होने पर उनकी गणना करके, आलसी कार्यों का उपयोग कर सकते हैं। आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि उत्तर बिल्कुल वैसा ही होगा, भले ही गणना अभी या बाद में की जाए।
आप केवल एक विशिष्ट इनपुट के लिए फ़ंक्शन गणना कर सकते हैं, और फिर परिणाम को कैश कर सकते हैं, क्योंकि यह ज्ञात है कि ये इनपुट मान समान आउटपुट देंगे।
यदि कई शुद्ध कार्य हैं, तो उन्हें किसी भी क्रम में गणना की जा सकती है। फिर, यह अंतिम परिणाम को प्रभावित नहीं कर सकता है।

तदनुसार, यदि प्रोग्रामिंग भाषा में शुद्ध कार्य करना संभव है, तो आप तुरंत कई शक्तिशाली तरकीबें प्राप्त कर सकते हैं। और निस्संदेह, यह सब F # में किया जा सकता है:

समानांतर कंप्यूटिंग का एक उदाहरण श्रृंखला में "एफ # का उपयोग क्यों करें?" ।
ऑप्टिमाइज़ेशन श्रृंखला में आलसी फ़ंक्शन संगणना पर चर्चा की जाएगी।
कैशिंग फ़ंक्शन परिणामों को संस्मरण कहा जाता है और ऑप्टिमाइज़ेशन श्रृंखला में भी चर्चा की जाएगी।
निष्पादन आदेश को ट्रैक करने की आवश्यकता की अनुपस्थिति समानांतर प्रोग्रामिंग को बहुत आसान बना देती है और कार्यों के क्रम को बदलने या पुनर्वित्त करने के कारण होने वाली कीड़ों की आवश्यकता को समाप्त करती है।

गणितीय कार्यों के "बेकार" गुण

गणितीय कार्यों में कुछ गुण भी होते हैं जो प्रोग्रामिंग करते समय बहुत उपयोगी नहीं लगते हैं।

इनपुट और आउटपुट मान अपरिवर्तनीय हैं
फ़ंक्शंस में हमेशा एक इनपुट और एक आउटपुट होता है।

ये गुण कार्यात्मक प्रोग्रामिंग भाषाओं के डिजाइन में परिलक्षित होते हैं। यह उन्हें अलग से विचार करने योग्य है।

इनपुट और आउटपुट मान अपरिवर्तनीय हैं

सिद्धांत में अपरिवर्तनीय मूल्य एक अच्छे विचार की तरह प्रतीत होते हैं, लेकिन कोई भी काम वास्तव में कैसे किया जा सकता है अगर पारंपरिक तरीके से एक चर को असाइन करने का कोई तरीका नहीं है।

मैं आपको आश्वस्त कर सकता हूं कि यह इतनी बड़ी समस्या नहीं है जितनी आप कल्पना कर सकते हैं। लेखों की इस श्रृंखला में, यह स्पष्ट होगा कि यह व्यवहार में कैसे काम करता है।

गणितीय कार्यों में हमेशा एक इनपुट और एक आउटपुट होता है।

जैसा कि आरेखों से देखा जा सकता है, गणितीय फ़ंक्शन के लिए हमेशा केवल एक इनपुट और केवल एक आउटपुट होता है। यह कार्यात्मक प्रोग्रामिंग भाषाओं के लिए भी सही है, हालांकि यह पहली बार उपयोग किए जाने पर स्पष्ट नहीं हो सकता है।
यह एक बड़ी असुविधा की तरह लगता है। मैं दो (या अधिक) मापदंडों के साथ कार्यों के बिना कुछ उपयोगी कैसे कर सकता हूं?

यह पता चला है कि ऐसा करने का एक तरीका है, और जो अधिक है, वह एफ # पर पूरी तरह से पारदर्शी है। इसे "क्यूरिंग" कहा जाता है, और एक अलग पोस्ट का हकदार है, जो निकट भविष्य में दिखाई देगा।

वास्तव में, यह बाद में स्पष्ट हो जाएगा कि ये दो "बेकार" गुण अविश्वसनीय रूप से मूल्यवान हो जाएंगे, और यह महत्वपूर्ण हिस्सा होगा जो कार्यात्मक प्रोग्रामिंग को शक्तिशाली बनाता है।

अतिरिक्त संसाधन

F # के लिए कई ट्यूटोरियल हैं, जिनमें उन लोगों के लिए सामग्री शामिल है जो C # या Java अनुभव के साथ आते हैं। निम्नलिखित लिंक उपयोगी हो सकते हैं क्योंकि आप F # में गहराई से जाते हैं:

F # सीखना शुरू करने के कई अन्य तरीके भी वर्णित हैं।

अंत में, एफ # समुदाय बहुत शुरुआती अनुकूल है। स्लैक में एक बहुत सक्रिय चैट है, एफ # सॉफ्टवेयर फाउंडेशन द्वारा समर्थित है, शुरुआती कमरों के साथ जो आप स्वतंत्र रूप से शामिल हो सकते हैं । हम दृढ़ता से अनुशंसा करते हैं कि आप ऐसा करते हैं!

रूसी भाषी समुदाय F # की साइट पर जाना न भूलें! यदि आपके पास भाषा सीखने के बारे में कोई प्रश्न हैं, तो हमें उनसे चैट रूम में चर्चा करने में खुशी होगी:

एफ # सॉफ्टवेयर फाउंडेशन स्लैक चैट में कमरा # #ru_general
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अनुवाद लेखकों के बारे में

@Kleidemos द्वारा अनुवादित
अनुवाद और संपादकीय परिवर्तन एफ # डेवलपर्स के रूसी भाषी समुदाय के प्रयासों द्वारा किए गए थे। हम इस लेख को प्रकाशन के लिए तैयार करने के लिए @schvepsss और @shwars को भी धन्यवाद देते हैं ।

क्रियात्मक सोच। भाग 1