16.1. Почему именно функциональное программирование?

В разделе 1.8 мы упоминали, что и Черч и Тьюринг предложили модели для вычислений задолго до того, как появились первые компьютеры. Машины Тьюринга очень похожи на современные компьютеры тем, что они основаны на обновляемой памяти, т. е. наборе ячеек памяти, содержимое которых изме­няется при выполнении команд. Это также известно как архитектура фон Ней­мана.

Формулировка модели вычислений Черча (названная лямбда-исчислением) совершенно другая — она основана на математическом понятии функции. Эта формулировка полностью эквивалентна формулировке Тьюринга в смысле представления вычислений, которые могут быть точно описаны, но в качестве формализма, применяемого для вычислений на практике, функцио­нальный подход всегда был менее популярен. В языке Lisp, разработанном в 1956 г., для вычислений используется функциональный подход, подобный модели лямбда-исчисления, хотя многие его особенности поощряют стиль процедурного программирования.

В 1980-е годы дальнейшие исследования в области функционального про­граммирования привели к разработке языков на чисто теоретических основаниях, которые тем не менее могут быть эффективно реализованы. Ос­новное различие между современными функциональными языками програм­мирования и языком Lisp состоит в том, что в них типы и контроль соответст­вия типов являются базисными понятиями, поэтому значительно возросли и надежность, и эффективность программ.

Многие проблемы, с которыми мы сталкиваемся при написании надежной программы, возникают непосредственно из-за использования обновляемой памяти:

• Память может быть «затерта», потому что мы непосредственно изменяем ячейки памяти (используя индексы массива или указатели), а не просто вычисляем значения.

• Трудно создавать сложные программы из компонентов, потому что под­программы могут иметь побочные эффекты. Поэтому может оказаться, что даже осознать все последствия работы подпрограммы нельзя в отрыве от всей остальной программы.

Строгий контроль соответствия типов и методы инкапсуляции объектно-ориентированного программирования могут смягчить эти проблемы, но не могут устранить их полностью. При функциональном подходе обе эти про­блемы исчезают.

Дальнейшее обсуждение будет базироваться на популярном языке Standart ML, хотя эти понятия справедливы и для других языков.