फंक्शनल प्रोग्रामिंग (FP) एक प्रोग्रामिंग प्रतिमान है जो शुद्ध फ़ंक्शन, अपरिवर्तनीय डेटा और साझा स्थिति या साइड-इफ़ेक्ट से बचने के उपयोग पर केंद्रित है। FP गणितीय तर्क के सिद्धांतों पर आधारित है, जो प्रोग्रामिंग के लिए एक व्यवस्थित और पूर्वानुमानित दृष्टिकोण लाता है जो कोड स्पष्टता, रखरखाव और परीक्षण क्षमता को बहुत बढ़ा सकता है।
कार्यात्मक प्रोग्रामिंग की उत्पत्ति और प्रारंभिक विकास
फंक्शनल प्रोग्रामिंग की उत्पत्ति 1930 के दशक और लैम्ब्डा कैलकुलस पर अलोंजो चर्च के काम से जुड़ी है, जो गणना को व्यक्त करने के लिए गणितीय तर्क में एक औपचारिक प्रणाली है। हालाँकि, फंक्शनल प्रोग्रामिंग ने 1950 और 1960 के दशक तक कंप्यूटिंग में अपनी सही जगह नहीं बनाई, जब LISP का विकास हुआ, जो पहली फंक्शनल प्रोग्रामिंग भाषा थी।
LISP, जिसका मतलब है "LISt Processing", को जॉन मैकार्थी ने MIT में आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस रिसर्च के लिए डिज़ाइन किया था। इस भाषा ने फंक्शनल प्रोग्रामिंग के लिए मौलिक कई अवधारणाओं को पेश किया, जैसे कि प्रथम श्रेणी और उच्च-क्रम फ़ंक्शन, पुनरावृत्ति, और संख्यात्मक डेटा के बजाय प्रतीकों का हेरफेर।
1970 के दशक में एमएल और स्कीम जैसी अधिक समर्पित कार्यात्मक प्रोग्रामिंग भाषाओं का उदय हुआ, तथा 1980 के दशक में मिरांडा और हास्केल का उदय हुआ, जिनमें से हास्केल को अक्सर सर्वोत्कृष्ट कार्यात्मक प्रोग्रामिंग भाषा माना जाता है।
विषय का विस्तार: फंक्शनल प्रोग्रामिंग
फंक्शनल प्रोग्रामिंग की विशेषता यह है कि यह फंक्शन और डेटा अपरिवर्तनीयता पर ध्यान केंद्रित करता है। FP में, फंक्शन को प्रथम श्रेणी के नागरिक के रूप में माना जाता है, जिसका अर्थ है कि उन्हें अन्य फंक्शन में तर्क के रूप में पास किया जा सकता है, मान के रूप में लौटाया जा सकता है, और डेटा संरचनाओं में संग्रहीत किया जा सकता है। फंक्शन आमतौर पर "शुद्ध" होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनके कोई साइड इफ़ेक्ट नहीं होते हैं और उनका आउटपुट पूरी तरह से उनके इनपुट द्वारा निर्धारित होता है।
अपरिवर्तनीय डेटा का उपयोग कार्यात्मक प्रोग्रामिंग का एक और स्तंभ है। एक बार डेटा बन जाने के बाद, इसे बदला नहीं जा सकता। इसके बजाय, कोई भी परिवर्तन नया डेटा उत्पन्न करता है। यह दृष्टिकोण सॉफ़्टवेयर की पूर्वानुमानशीलता और विश्वसनीयता में योगदान देता है।
लूप जैसी विशिष्ट अनिवार्य नियंत्रण संरचनाओं की अनुपस्थिति के कारण, कार्यात्मक प्रोग्रामिंग भाषाएँ भी बुनियादी नियंत्रण संरचना के रूप में पुनरावृत्ति पर बहुत अधिक निर्भर करती हैं। कई कार्यात्मक भाषाएँ आलसी मूल्यांकन का उपयोग करती हैं, जहाँ अभिव्यक्तियों का मूल्यांकन तब तक नहीं किया जाता जब तक कि उनके परिणामों की आवश्यकता न हो, जिससे संभावित रूप से अनंत डेटा संरचनाओं और संगणनाओं की कुशल अभिव्यक्ति की अनुमति मिलती है।
कार्यात्मक प्रोग्रामिंग की आंतरिक संरचना
कार्यात्मक प्रोग्रामिंग अन्य मुख्यधारा प्रतिमानों, जैसे प्रक्रियात्मक और ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड प्रोग्रामिंग, से मौलिक रूप से भिन्न है।
बदलती-स्थिति और परिवर्तनशील डेटा के बजाय, FP का उद्देश्य शुद्ध फ़ंक्शन का उपयोग करके और साझा स्थिति से बचकर कार्यक्रमों की स्थिरता और पूर्वानुमान को बनाए रखना है। एक शुद्ध फ़ंक्शन हमेशा एक ही इनपुट के लिए एक ही परिणाम उत्पन्न करता है और कोई साइड इफ़ेक्ट उत्पन्न नहीं करता है, जो कि स्थिति में परिवर्तन होते हैं जो फ़ंक्शन के रिटर्न वैल्यू से संबंधित नहीं होते हैं।
एफपी अक्सर नियंत्रण प्रवाह के लिए पुनरावृत्ति का उपयोग करता है। पुनरावृत्ति एक फ़ंक्शन द्वारा खुद को सबरूटीन के रूप में कॉल करने की प्रक्रिया है। यह उन समस्याओं को हल करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण हो सकता है जिनमें जटिल डेटा संरचनाएँ शामिल हैं या जिनमें दोहराव वाली गणना की आवश्यकता होती है।
फंक्शनल प्रोग्रामिंग का मूल है संयोजन - सरल कार्यों को मिलाकर जटिल कार्यों का निर्माण करना। इससे ऐसा कोड बनता है जो मॉड्यूलर होता है और परीक्षण, समझना और डीबग करना आसान होता है।
फंक्शनल प्रोग्रामिंग की मुख्य विशेषताएं
कार्यात्मक प्रोग्रामिंग की प्रमुख विशेषताएं इस प्रकार हैं:
-
शुद्ध कार्यएक फ़ंक्शन को शुद्ध माना जाता है यदि उसका रिटर्न मान समान तर्कों के लिए समान है और यह कोई साइड इफेक्ट उत्पन्न नहीं करता है।
-
अपरिवर्तनीय डेटाएक बार कार्यात्मक भाषा में डेटा संरचना बना लेने के बाद, उसे बदला नहीं जा सकता।
-
प्रथम श्रेणी और उच्चतर क्रम फ़ंक्शन: FP में फ़ंक्शन का उपयोग किसी भी अन्य वेरिएबल की तरह किया जा सकता है। उन्हें किसी भी स्कोप में परिभाषित किया जा सकता है, तर्क के रूप में पास किया जा सकता है, और अन्य फ़ंक्शन से लौटाया जा सकता है।
-
प्रत्यावर्तनपुनरावृत्ति के लिए प्राथमिक नियंत्रण संरचना के रूप में पुनरावृत्ति का उपयोग।
-
संदर्भात्मक पारदर्शिताकिसी अभिव्यक्ति को संदर्भित रूप से पारदर्शी तब कहा जाता है जब उसे प्रोग्राम के व्यवहार में परिवर्तन किए बिना उसके मान से प्रतिस्थापित किया जा सके।
-
आलसी मूल्यांकन: अभिव्यक्तियों का मूल्यांकन केवल तभी किया जाता है जब प्रोग्राम को आगे बढ़ाने के लिए उनके मान आवश्यक हों।
कार्यात्मक प्रोग्रामिंग के प्रकार
जबकि सभी कार्यात्मक प्रोग्रामिंग भाषाएँ ऊपर बताए गए मूल सिद्धांतों का पालन करती हैं, वे अक्सर अपनी कठोरता के स्तर और उनके द्वारा प्रदान की जाने वाली सुविधाओं में भिन्न होती हैं। यहाँ विचार करने के लिए तीन श्रेणियाँ हैं:
-
शुद्ध कार्यात्मक भाषाएँये भाषाएँ फंक्शनल प्रोग्रामिंग के सिद्धांतों का सख्ती से पालन करती हैं और किसी भी तरह की परिवर्तनशील स्थिति या साइड-इफेक्ट की अनुमति नहीं देती हैं। उदाहरणों में हास्केल और एल्म शामिल हैं।
-
अशुद्ध कार्यात्मक भाषाएँये भाषाएँ मुख्य रूप से कार्यात्मक हैं, लेकिन वे कुछ हद तक साइड-इफेक्ट्स और परिवर्तनशील स्थिति की अनुमति देती हैं। उदाहरणों में लिस्प और स्कीम शामिल हैं।
-
कार्यात्मक तत्वों के साथ बहु-प्रतिमान भाषाएँ: कई आधुनिक भाषाएँ बहु-प्रतिमान हैं, जिसका अर्थ है कि वे कई शैलियों में प्रोग्रामिंग की अनुमति देती हैं। ये भाषाएँ अक्सर कार्यात्मक प्रोग्रामिंग के तत्वों को शामिल करती हैं। उदाहरणों में जावास्क्रिप्ट, पायथन, रूबी और स्काला शामिल हैं।
| वर्ग | बोली |
|---|---|
| शुद्ध कार्यात्मक | हास्केल, एल्म |
| अशुद्ध कार्यात्मक | लिस्प, स्कीम |
| कार्यात्मक तत्वों के साथ बहु-प्रतिमान | जावास्क्रिप्ट, पायथन, रूबी, स्काला |
फंक्शनल प्रोग्रामिंग के उपयोग और संबंधित समस्याएं और समाधान
फंक्शनल प्रोग्रामिंग का उपयोग विभिन्न संदर्भों में किया जा सकता है, फ्रंट-एंड वेब डेवलपमेंट (उदाहरण के लिए, रिएक्ट और रेडक्स जैसी जावास्क्रिप्ट लाइब्रेरीज़ का उपयोग करना) से लेकर सर्वर-साइड डेवलपमेंट (उदाहरण के लिए, स्काला या एलिक्सिर का उपयोग करना) से लेकर डेटा प्रोसेसिंग और विश्लेषण (उदाहरण के लिए, पायथन के साथ अपाचे स्पार्क या पांडा का उपयोग करना)।
जबकि फंक्शनल प्रोग्रामिंग कई लाभ लाती है, इसके साथ ही इसकी अपनी चुनौतियाँ भी आती हैं। कुछ सामान्य चुनौतियाँ इस प्रकार हैं:
- सीखने की अवस्थाकार्यात्मक प्रोग्रामिंग में सोचने का एक अलग तरीका शामिल होता है और यह अनिवार्य या ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड प्रतिमानों से परिचित डेवलपर्स के लिए शुरू में कठिन हो सकता है।
- प्रदर्शन: रिकर्सन और लगातार डेटा संरचनाओं पर निर्भरता के कारण, कार्यात्मक भाषाओं को प्रदर्शन संबंधी समस्याओं का सामना करना पड़ सकता है। हालाँकि, कई आधुनिक कार्यात्मक भाषाओं और संकलकों में इन समस्याओं को कम करने की तकनीकें हैं।
- डिबगिंगकार्यात्मक प्रोग्रामिंग में डिबगिंग, आलसी मूल्यांकन और पुनरावृत्ति जैसी अवधारणाओं के कारण अधिक जटिल हो सकती है।
इन समस्याओं के समाधान में आम तौर पर शिक्षा (सीखने की प्रक्रिया के लिए), कार्यात्मक संरचनाओं को अनुकूलित करने वाली आधुनिक भाषाओं और उपकरणों पर निर्भरता (प्रदर्शन के लिए), तथा कार्यात्मक प्रोग्रामिंग अवधारणाओं के साथ काम करने के लिए डिजाइन किए गए डिबगिंग उपकरणों का उपयोग (डिबगिंग के लिए) शामिल होता है।
कार्यात्मक प्रोग्रामिंग की अन्य प्रतिमानों से तुलना
| विशेषता | कार्यात्मक प्रोग्रामिंग | ऑब्जेक्ट ओरिएंटेड प्रोग्रामिंग | प्रक्रियात्मक प्रोग्रामिंग |
|---|---|---|---|
| मुख्य फोकस | फ़ंक्शन और डेटा अपरिवर्तनीयता | ऑब्जेक्ट्स और एनकैप्सुलेशन | प्रक्रियाएं और राज्य परिवर्तन |
| राज्य | अडिग | परिवर्तनशील | परिवर्तनशील |
| प्रवाह नियंत्रण | पुनरावर्तन और फ़ंक्शन कॉल | विधि कॉल | लूप और सशर्त |
| प्रतिरूपकता | समारोह संरचना | वर्ग और वस्तु पदानुक्रम | प्रक्रिया कॉल |
| प्राथमिक इकाई | समारोह | वस्तु | प्रक्रिया |
फंक्शनल प्रोग्रामिंग से संबंधित भविष्य के परिप्रेक्ष्य और प्रौद्योगिकियां
कार्यात्मक प्रोग्रामिंग अवधारणाएं मुख्यधारा की भाषाओं और सॉफ्टवेयर विकास प्रथाओं में लोकप्रियता प्राप्त कर रही हैं, जो समवर्ती और समानांतर कंप्यूटिंग के बढ़ते महत्व और अधिक पूर्वानुमानित, परीक्षण योग्य कोड की आवश्यकता से प्रेरित है।
ReactJS जैसी तकनीकें जटिल स्टेट मैनेजमेंट को पूर्वानुमानित तरीके से संभालने के लिए फंक्शनल प्रोग्रामिंग की अवधारणाओं का लाभ उठाती हैं। सर्वरलेस आर्किटेक्चर स्टेटलेस कंप्यूटेशन की ओर भी बढ़ते हैं, जो फंक्शनल प्रोग्रामिंग में निहित एक अवधारणा है।
डेटा प्रोसेसिंग और विश्लेषण में, कार्यात्मक प्रोग्रामिंग प्रतिमान वितरित और समवर्ती कोड लिखना आसान बनाते हैं। अपाचे स्पार्क जैसी प्रौद्योगिकियों के मूल में कार्यात्मक प्रोग्रामिंग है।
कार्यात्मक प्रोग्रामिंग और प्रॉक्सी सर्वर
प्रॉक्सी सर्वर निश्चित रूप से फंक्शनल प्रोग्रामिंग से लाभ उठा सकते हैं। उदाहरण के लिए, प्रॉक्सी सर्वर में रूटिंग, कैशिंग और लॉगिंग के लिए तर्क को शुद्ध फ़ंक्शन के साथ मॉडल किया जा सकता है। इससे सिस्टम अधिक पूर्वानुमान योग्य, परीक्षण में आसान हो जाएगा, और समवर्ती कनेक्शनों की हैंडलिंग को सरल बनाया जा सकता है।
ऐसी स्थिति पर विचार करें जहां कई क्लाइंट एक साथ प्रॉक्सी सर्वर को अनुरोध भेज रहे हों। फंक्शनल प्रोग्रामिंग का उपयोग करके, प्रत्येक अनुरोध को अलग से संसाधित किया जा सकता है, जिससे साझा स्थिति से उत्पन्न होने वाले संभावित संघर्षों या विसंगतियों से बचा जा सकता है।
सम्बंधित लिंक्स
कार्यात्मक प्रोग्रामिंग के बारे में अधिक जानकारी के लिए, निम्नलिखित संसाधनों पर जाएँ:
