Сильные стороны функционального программирования15.02.2021 19:33

Привет! Меня зовут Катерина, и я испытываю самые тёплые чувства к функциональному программированию, использую функциональный язык на постоянной основе и даже немного преподаю.

Основной язык разработки у нас в Typeable — Haskell, и, пока все спорили о том, готов ли Haskell для продакшена, мы просто его использовали и считали конкурентным преимуществом. Нам хотелось бы поделиться своим мнением, основанным на этом опыте.

Как ФП улучшает программирование

Функциональное программирование на данный момент довольно популярно, и во многих императивных языках стали появляться элементы ФП, такие как лямбда-функции, частичное применение (каррирование), функции высшего порядка (map, filter, свёртки). Где-то эти заимствования выглядят удачно, а где-то приводят к довольно странному, инородному синтаксису. Но парадигма программирования — это подход, живущий в голове программиста, и не являющийся в общем случае частью языка. В той или иной степени любой язык поддерживает разные парадигмы, и его конструкции позволяют разрабатывать программы в различных стилях. Стоит ли вести разработку в функциональном стиле — вопрос открытый, и каждый разработчик отвечает на него исходя из своих предпочтений, возможностей языка и других соображений.

Мы считаем, что использование функционального стиля в императивных языках, а ещё лучше — функционального языка, в особенности со статической типизацией, поможет сделать код во многом лучше, а именно:

Код станет более лаконичным и выразительным. «Выразительность» можно определить как количество идей на единицу кода, и в целом функциональные языки, будучи более высокоуровневыми, оказываются и более выразительными. Например, преобразование каждого элемента в массиве или списке реализуется функциональным однострочником (используя map/foreach/whatever и анонимную функцию), в то время как в императивном стиле пришлось бы организовывать цикл, объявлять переменную для счётчика или итератора и использовать явное присваивание. Для более сложных примеров различие в выразительности только усиливается.
Декомпозиция кода будет происходить более естественно. Принцип «Разделяй и властвуй» уже прочно закрепился в разработке и является базовым принципом борьбы со сложностью ПО. Речь идёт не о способе построения алгоритмов, а о более общем понятии. Например, даже простую программу, которая сначала читает целиком текст, разбивает его на слова и что-то делает с каждым словом, можно разбить на логические части: само чтение, разбиение прочитанного текста на слова (например, по пробелам) и создание структуры для хранения слов, обход этой структуры с преобразованием слов и печать результата. Каждое из этих действий можно реализовать отдельно и достаточно абстрактно, чтобы затем переиспользовать для решения других подобных задач. Декомпозиция кода на более мелкие и более общие части делает его гораздо более понятным (в том числе и для самого автора кода в будущем), позволяет избежать «ошибок копипаста» и упрощает дальнейший рефакторинг. Думаю, многим разработчикам приходилось копаться в своей или чужой простыне неструктурированного кода, написанного наспех, чтобы скорее заработало. Человеческому мозгу тяжело удерживать внимание на большом количестве сущностей одновременно и решать одну глобальную задачу сразу (working memory), поэтому для нас вполне естественно разбивать задачи на более мелкие, решать их по отдельности и комбинировать результат. В функциональном программировании эти мелкие задачи выражаются как небольшие вспомогательные функции, каждая из которых делает своё дело и её работу можно описать одним коротким предложением. А построение итогового результата — это композиция таких функций. Конечно, разбить код на отдельные переиспользуемые части можно и в ООП, и в чисто императивном низкоуровневом языке типа C, и для этого уже есть известные принципы типа SOLID и GoF-паттерны, но, когда сам язык заставляет программиста думать в терминах функций, декомпозиция кода происходит гораздо более естественно.
Побочные эффекты будут отделены от чистых функций. Чистая функция — это функция в математическом смысле, результат работы которой зависит только от входных данных. В ходе вычисления такой функции не происходит ничего лишнего: не меняются значения переменных, ничего не читается и не печатается, не пишется в БД и не выполняются запросы к внешним сервисам. Действительно, вы же не будете ожидать таких действий от, скажем, тригонометрических функций? С помощью чистых функций можно реализовать большую часть логики работы с данными. Не все языки позволяют контролировать отсутствие побочных эффектов и проверять «чистоту» функций, но сам по себе функциональный подход мотивирует использовать чистые функции, которые работают «без неожиданностей».
Код станет проще отлаживать и тестировать. Этот пункт вытекает из двух предыдущих: у нас имеется набор небольших функций, часть из которых чистые, т.е. мы знаем, что их результат зависит только от входных данных. Код становится удобнее отлаживать — достаточно проверить, что возвращают используемые функции по отдельности, чтобы понять, как они будут работать вместе. Так же легко пишутся юнит-тесты для «чистой» логики вашего приложения.

Как ФП улучшает программиста

Далее мне хотелось бы поделиться своим опытом, не относящимся непосредственно к написанию программ на функциональных языках, и рассказать про то, чем ещё знание и использование ФП было полезно для меня и может оказаться полезным для вас:

Изучение альтернативной парадигмы само по себе полезно для мозга, поскольку в процессе освоения программирования в функциональном стиле вы научитесь смотреть на привычные вещи по-другому. Кому-то такой способ мышления покажется гораздо более естественным, чем императивный. Можно долго спорить о том, что «нужно» и «не нужно» в индустриальном программировании, но там в любом случае нужны хорошие мозги, а их нужно тренировать. Осваивайте то, что не используете в работе: Лиспы, Пролог, Haskell, Brainfuck, Piet. Это поможет расширить кругозор и может стать для вас увлекательной головоломкой. Со временем вы сможете начать применять более элегантные решения в функциональном стиле, даже если пишете на императивном языке.
За функциональными языками стоит серьёзная теория, которая тоже может стать частью ваших увлечений или даже исследований, если вы в той или иной степени хотите связать свою жизнь с computer science. Учиться никогда не поздно, особенно когда перед вами будут наглядные примеры использования довольно занятной теории для решения повседневных задач. Я бы никогда не подумала, что уже после окончания университета буду смотреть лекции по теории категорий, которую мой мозг когда-то отказывался воспринимать, и решать задачки из курса ручкой на бумаге, просто потому что мне это интересно.
Помимо расширения кругозора увлечение ФП поможет вам расширить и круг общения. Возможно, за «тусовкой функциональщиков» закрепилась репутация академических снобов, которые спрашивают у вас определение монады перед тем, как продолжить общение. Я тоже так раньше думала, пока меня не вытащили на первые функциональные митапы и конференции. Я была совсем неопытным джуном и не знала определение монады, но не встретила по отношению к себе никакого негатива. Напротив, я познакомилась с интересными людьми, увлечёнными своим делом и готовыми делиться опытом, рассказывать и объяснять. Разумеется, в любом комьюнити есть совершенно разные люди, кто-то вам понравится больше, кто-то покажется токсичным и отталкивающим, и это совершенно нормально. Гораздо важнее то, что у вас появится возможность обмениваться идеями с теми, кто смотрит на мир разработки немного иначе и обладает другим опытом.
Самый неожиданный для меня пункт: мне было легче всего найти работу именно на Haskell! На данный момент мой опыт работы чуть больше пяти лет, за это время на двух из трёх местах работы я писала на Haskell, и это был наиболее комфортный и безболезненный опыт трудоустройства. Более того, начинала я тоже с позиции Haskell-разработчика, о чём ни разу не пожалела. На первой работе я получила базовые навыки клиент-серверной разработки и работы с БД. Мы занимались такими же «приземлёнными» и «ненаучными» задачами, как и компании, использующие более распространённые языки. На популярных сайтах с вакансиями вы, скорее всего, почти не найдёте ничего по запросу «Haskell-разработчик». В лучшем случае найдутся вакансии, где указано, что знание альтернативных парадигм будет преимуществом. Однако, это не значит, что таких вакансий нет. В Твиттере и тематических каналах в Телеграме вакансии появляются регулярно. Да, их мало, нужно знать, где искать, но и хороших специалистов такого узкого профиля тоже немного. Разумеется, вас не возьмут сразу и везде, но свою востребованность вы почувствуете значительно сильнее, чем при поиске работы на более распространённых языках. Возможно, компании могут быть готовы вкладываться в развитие программистов в нужном направлении: не можешь найти хаскелиста — вырасти его сам!

Заключение

Появление элементов ФП в популярных языках индустриальной разработки, таких как Python, C++, Kotlin, Swift и т.д., подтверждает, что этот подход действительно полезен и обладает сильными сторонами. Применение функционального стиля позволяет получить более надёжный код, который проще разбивать на части, обобщать и тестировать, независимо от языка программирования. Разумеется, функциональный язык позволяет использовать все перечисленные преимущества по максимуму, предоставляя естественные конструкции с высокой степенью выразительности.

Существует большое количество функциональных языков, но, как нам кажется, на данный момент наиболее удобны и полезны для разработки те, которые используют статическую типизацию. Это позволяет отловить множество ошибок ещё во время компиляции и выразить часть логики приложения на уровне типов.

В заключение хочу пожелать всем не бояться использовать альтернативные подходы и пробовать их в деле, даже если это будет полезно исключительно для вашего саморазвития.