Functional Programming (FP) เป็นกระบวนทัศน์การเขียนโปรแกรมที่มีศูนย์กลางอยู่ที่การใช้ฟังก์ชันล้วนๆ ข้อมูลที่ไม่เปลี่ยนรูป และการหลีกเลี่ยงสถานะที่ใช้ร่วมกันหรือผลข้างเคียง FP มีพื้นฐานมาจากหลักการของตรรกะทางคณิตศาสตร์ ซึ่งนำมาซึ่งแนวทางการเขียนโปรแกรมที่มีระเบียบวิธีและคาดการณ์ได้ ซึ่งสามารถเพิ่มความชัดเจน การบำรุงรักษา และความสามารถในการทดสอบของโค้ดได้อย่างมาก
ต้นกำเนิดและการพัฒนาเบื้องต้นของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน
ต้นกำเนิดของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 1930 และงานของ Alonzo Church เกี่ยวกับแคลคูลัสแลมบ์ดา ซึ่งเป็นระบบที่เป็นทางการในตรรกะทางคณิตศาสตร์สำหรับการแสดงการคำนวณ อย่างไรก็ตาม การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันไม่พบรากฐานในการคำนวณอย่างแท้จริงจนกระทั่งทศวรรษ 1950 และ 1960 ด้วยการพัฒนา LISP ซึ่งเป็นภาษาการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันภาษาแรก
LISP ซึ่งย่อมาจาก "LISt Processing" ได้รับการออกแบบโดย John McCarthy ที่ MIT เพื่อการวิจัยปัญญาประดิษฐ์ ภาษานี้ได้แนะนำแนวคิดหลายประการที่เป็นพื้นฐานของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน เช่น ฟังก์ชันระดับเฟิร์สคลาสและลำดับที่สูงกว่า การเรียกซ้ำ และการจัดการสัญลักษณ์แทนข้อมูลตัวเลข
ในช่วงทศวรรษ 1970 มีการปรากฏตัวของภาษาการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันโดยเฉพาะมากขึ้น เช่น ML และ Scheme และในทศวรรษ 1980 ก็มี Miranda และ Haskell ซึ่งภาษาหลังนี้มักถูกพิจารณาว่าเป็นภาษาโปรแกรมเชิงฟังก์ชันที่เป็นแก่นสาร
ขยายหัวข้อ: การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน
การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันมีลักษณะเฉพาะโดยเน้นที่ฟังก์ชันและข้อมูลที่ไม่เปลี่ยนรูป ใน FP ฟังก์ชันจะถือเป็นพลเมืองชั้นหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าฟังก์ชันเหล่านี้สามารถส่งผ่านเป็นอาร์กิวเมนต์ไปยังฟังก์ชันอื่น ส่งกลับเป็นค่า และจัดเก็บไว้ในโครงสร้างข้อมูลได้ โดยทั่วไปแล้วฟังก์ชันต่างๆ จะ "บริสุทธิ์" ซึ่งหมายความว่าไม่มีผลข้างเคียง และเอาต์พุตจะถูกกำหนดโดยอินพุตเท่านั้น
การใช้ข้อมูลที่ไม่เปลี่ยนรูปเป็นอีกเสาหลักของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน เมื่อสร้างข้อมูลแล้ว จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ การเปลี่ยนแปลงใดๆ ก็ตามจะก่อให้เกิดข้อมูลใหม่แทน วิธีการนี้มีส่วนช่วยในการคาดการณ์และความน่าเชื่อถือของซอฟต์แวร์
ภาษาโปรแกรมเชิงฟังก์ชันยังต้องอาศัยการเรียกซ้ำเป็นโครงสร้างการควบคุมขั้นพื้นฐาน เนื่องจากไม่มีโครงสร้างการควบคุมที่จำเป็นทั่วไป เช่น ลูป ภาษาที่ใช้งานได้หลายภาษาใช้การประเมินแบบ Lazy Evasion โดยที่นิพจน์จะไม่ถูกประเมินจนกว่าจะต้องการผลลัพธ์ ซึ่งช่วยให้สามารถแสดงโครงสร้างข้อมูลและการคำนวณที่ไม่มีที่สิ้นสุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
โครงสร้างภายในของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน
การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันโดยพื้นฐานแล้วจะแตกต่างจากกระบวนทัศน์กระแสหลักอื่นๆ เช่น การเขียนโปรแกรมเชิงขั้นตอนและเชิงวัตถุ
แทนที่จะเปลี่ยนสถานะและข้อมูลที่ไม่แน่นอน FP มุ่งหวังที่จะรักษาความสอดคล้องและความสามารถในการคาดการณ์ของโปรแกรมโดยใช้ฟังก์ชันล้วนๆ และหลีกเลี่ยงสถานะที่ใช้ร่วมกัน ฟังก์ชันแท้จะสร้างผลลัพธ์เดียวกันสำหรับอินพุตเดียวกันเสมอ และไม่มีผลข้างเคียงใดๆ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงในสถานะที่ไม่เกี่ยวข้องกับค่าที่ส่งคืนของฟังก์ชัน
FP มักใช้การเรียกซ้ำเพื่อควบคุมโฟลว์ การเรียกซ้ำเป็นกระบวนการของฟังก์ชันที่เรียกตัวเองว่าเป็นรูทีนย่อย นี่อาจเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างข้อมูลที่ซับซ้อนหรือต้องใช้การคำนวณซ้ำๆ
หัวใจของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันคือการจัดองค์ประกอบ – การสร้างฟังก์ชันที่ซับซ้อนโดยการรวมฟังก์ชันที่ง่ายกว่าเข้าด้วยกัน สิ่งนี้นำไปสู่โค้ดที่เป็นโมดูลาร์และง่ายต่อการทดสอบ ทำความเข้าใจ และแก้ไขจุดบกพร่อง
คุณสมบัติที่สำคัญของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน
นี่คือคุณสมบัติที่สำคัญของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน:
-
ฟังก์ชั่นเพียว: ฟังก์ชันจะถือว่าบริสุทธิ์หากค่าที่ส่งคืนเท่ากันสำหรับอาร์กิวเมนต์เดียวกัน และไม่มีผลข้างเคียง
-
ข้อมูลที่ไม่เปลี่ยนรูป: เมื่อโครงสร้างข้อมูลถูกสร้างขึ้นในภาษาที่ใช้งานได้จริงแล้ว จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้
-
ฟังก์ชั่นชั้นหนึ่งและลำดับที่สูงกว่า: สามารถใช้ฟังก์ชันใน FP ได้เหมือนกับตัวแปรอื่นๆ สามารถกำหนดได้ในขอบเขตใดๆ ส่งผ่านเป็นอาร์กิวเมนต์ และส่งคืนจากฟังก์ชันอื่นๆ
-
การเรียกซ้ำ: การใช้การเรียกซ้ำเป็นโครงสร้างการควบคุมหลักสำหรับการทำซ้ำ
-
ความโปร่งใสในการอ้างอิง: นิพจน์ถูกกล่าวว่ามีความโปร่งใสในการอ้างอิงหากสามารถแทนที่ด้วยค่าได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนพฤติกรรมของโปรแกรม
-
การประเมินขี้เกียจ: การประเมินนิพจน์เฉพาะเมื่อต้องใช้ค่าเพื่อให้โปรแกรมดำเนินการต่อ
ประเภทของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน
แม้ว่าภาษาการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันทั้งหมดจะยึดตามหลักการสำคัญที่สรุปไว้ข้างต้น แต่ก็มักจะแตกต่างกันในระดับความเข้มงวดและคุณลักษณะที่มีให้ ต่อไปนี้เป็นสามประเภทที่ควรพิจารณา:
-
ภาษาการทำงานที่บริสุทธิ์: ภาษาเหล่านี้ปฏิบัติตามหลักการของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันอย่างเคร่งครัด และไม่อนุญาตให้มีสถานะหรือผลข้างเคียงที่ไม่แน่นอนในรูปแบบใดๆ ตัวอย่าง ได้แก่ Haskell และ Elm
-
ภาษาการทำงานที่ไม่บริสุทธิ์: ภาษาเหล่านี้ใช้งานได้เป็นหลัก แต่อนุญาตให้มีผลข้างเคียงและสถานะที่ไม่แน่นอนได้ในระดับหนึ่ง ตัวอย่าง ได้แก่ Lisp และ Scheme
-
ภาษาแบบหลายกระบวนทัศน์พร้อมองค์ประกอบเชิงหน้าที่: ภาษาสมัยใหม่หลายภาษามีหลายกระบวนทัศน์ ซึ่งหมายความว่าอนุญาตให้ใช้การเขียนโปรแกรมได้หลายสไตล์ ภาษาเหล่านี้มักจะรวมองค์ประกอบของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันเข้าด้วยกัน ตัวอย่าง ได้แก่ JavaScript, Python, Ruby และ Scala
| หมวดหมู่ | ภาษา |
|---|---|
| ฟังก์ชั่นล้วนๆ | ฮาสเคล, เอล์ม |
| ฟังก์ชั่นที่ไม่บริสุทธิ์ | ลิสป์, แผนงาน |
| หลายกระบวนทัศน์พร้อมองค์ประกอบเชิงหน้าที่ | จาวาสคริปต์, หลาม, รูบี้, สกาล่า |
การใช้โปรแกรมฟังก์ชันและปัญหาและแนวทางแก้ไขที่เกี่ยวข้อง
การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันสามารถใช้ได้ในบริบทที่หลากหลาย ตั้งแต่การพัฒนาเว็บส่วนหน้า (เช่น การใช้ไลบรารี JavaScript เช่น React และ Redux) ไปจนถึงการพัฒนาฝั่งเซิร์ฟเวอร์ (เช่น การใช้ Scala หรือ Elixir) ไปจนถึงการประมวลผลและการวิเคราะห์ข้อมูล (เช่น การใช้ Apache Spark หรือ Pandas พร้อม Python)
แม้ว่า Functional Programming จะนำมาซึ่งประโยชน์มากมาย แต่ก็มีความท้าทายในตัวมันเองด้วย ความท้าทายทั่วไปบางประการ ได้แก่:
- เส้นโค้งการเรียนรู้: การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันเกี่ยวข้องกับวิธีคิดที่แตกต่าง และอาจเป็นเรื่องยากสำหรับนักพัฒนาที่คุ้นเคยกับกระบวนทัศน์เชิงความจำเป็นหรือเชิงวัตถุในช่วงแรก
- ผลงาน: เนื่องจากการพึ่งพาการเรียกซ้ำและโครงสร้างข้อมูลแบบถาวร ภาษาที่ใช้งานได้อาจประสบปัญหาด้านประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ภาษาการทำงานและคอมไพเลอร์สมัยใหม่จำนวนมากมีเทคนิคในการบรรเทาปัญหาเหล่านี้
- การดีบัก: การดีบักอาจซับซ้อนมากขึ้นในการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันเนื่องจากแนวคิด เช่น การประเมินแบบ Lazy และการเรียกซ้ำ
โดยทั่วไปแล้ววิธีแก้ปัญหาเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการศึกษา (สำหรับช่วงการเรียนรู้) การอาศัยภาษาและเครื่องมือสมัยใหม่ที่ปรับโครงสร้างการทำงานให้เหมาะสม (เพื่อประสิทธิภาพ) และการใช้เครื่องมือแก้ไขข้อบกพร่องที่ออกแบบมาเพื่อทำงานกับแนวคิดการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน (สำหรับการดีบัก)
การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันเปรียบเทียบกับกระบวนทัศน์อื่นๆ
| คุณสมบัติ | การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน | การเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ | การเขียนโปรแกรมตามขั้นตอน |
|---|---|---|---|
| โฟกัสหลัก | ฟังก์ชั่นและข้อมูลที่ไม่เปลี่ยนรูป | วัตถุและการห่อหุ้ม | ขั้นตอนและการเปลี่ยนแปลงสถานะ |
| สถานะ | ไม่เปลี่ยนรูป | ไม่แน่นอน | ไม่แน่นอน |
| การควบคุมการไหล | การเรียกซ้ำและการเรียกใช้ฟังก์ชัน | การเรียกวิธีการ | ลูปและเงื่อนไข |
| ความเป็นโมดูลาร์ | องค์ประกอบของฟังก์ชัน | ลำดับชั้นของคลาสและอ็อบเจ็กต์ | การเรียกขั้นตอน |
| หน่วยประถมศึกษา | การทำงาน | วัตถุ | ขั้นตอน |
มุมมองในอนาคตและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน
แนวคิดการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันได้รับความสนใจในภาษากระแสหลักและแนวปฏิบัติในการพัฒนาซอฟต์แวร์ โดยได้แรงหนุนจากความสำคัญที่เพิ่มขึ้นของการประมวลผลพร้อมกันและแบบขนาน และความต้องการโค้ดที่สามารถคาดเดาและทดสอบได้มากขึ้น
เทคโนโลยีเช่น ReactJS ใช้ประโยชน์จากแนวคิดของการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันเพื่อจัดการกับการจัดการสถานะที่ซับซ้อนในลักษณะที่คาดเดาได้ สถาปัตยกรรมแบบไร้เซิร์ฟเวอร์ยังผลักดันไปสู่การประมวลผลแบบไร้สถานะ ซึ่งเป็นแนวคิดที่มีรากฐานมาจากการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน
ในการประมวลผลและการวิเคราะห์ข้อมูล กระบวนทัศน์การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันทำให้ง่ายต่อการเขียนโค้ดแบบกระจายและทำงานพร้อมกัน เทคโนโลยีอย่าง Apache Spark มีการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันเป็นแกนหลัก
การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันและพร็อกซีเซิร์ฟเวอร์
พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์สามารถได้รับประโยชน์จากการเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชันอย่างแน่นอน ตัวอย่างเช่น ตรรกะสำหรับการกำหนดเส้นทาง การแคช และการบันทึกในพร็อกซีเซิร์ฟเวอร์สามารถสร้างแบบจำลองด้วยฟังก์ชันล้วนๆ สิ่งนี้จะทำให้ระบบสามารถคาดเดาได้มากขึ้น ทดสอบได้ง่ายขึ้น และทำให้การจัดการการเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นพร้อมกันง่ายขึ้น
พิจารณาสถานการณ์ที่ไคลเอนต์หลายตัวส่งคำขอไปยังพร็อกซีเซิร์ฟเวอร์พร้อมกัน การใช้การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน แต่ละคำขอสามารถประมวลผลแยกกัน หลีกเลี่ยงข้อขัดแย้งที่อาจเกิดขึ้นหรือความไม่สอดคล้องกันที่เกิดจากสถานะที่ใช้ร่วมกัน
ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Functional Programming โปรดไปที่แหล่งข้อมูลต่อไปนี้:
