Парадигма программирования

Паради́гма программи́рования — это совокупность идей и понятий, определяющая стиль написания программ. Парадигма, в первую очередь, определяется базовой программной единицей и самим принципом достижения модульности программы. В качестве этой единицы выступают определение (декларативное, функциональное программирование), действие (императивное программирование), правило (продукционное программирование), диаграмма переходов (автоматное программирование) и др. сущности. В современной индустрии программирования очень часто парадигма программирования определяется набором инструментов программиста, а именно, языком программирования и используемыми библиотеками.

Парадигма программирования определяет то, в каких терминах программист описывает логику программы. Например, в императивном программировании программа описывается как последовательность действий, а в функциональном программировании представляется в виде выражения и множества определений функций (слово определение (англ. definition) следует понимать в математическом смысле). В популярном объектно-ориентированном программировании (в дальнейшем ООП) программу принято рассматривать как набор взаимодействующих объектов. ООП, в основном^[1], есть по сути императивное программирование, дополненное принципом инкапсуляции данных и методов в объект (принцип модульности) и наследованием (принципом повторного использования разработанного функционала).

Важно отметить, что парадигма программирования не определяется однозначно языком программирования — многие современные языки программирования являются мультипарадигменными, то есть допускают использование различных парадигм. Так на языке Си, который не является объектно-ориентированным, можно писать объектно-ориентированным образом, а на Ruby, в основу которого в значительной степени положена объектно-ориентированная парадигма, можно писать согласно стилю функционального программирования.

Приверженность определённого человека какой-то одной парадигме иногда носит настолько сильный характер, что споры о преимуществах и недостатках различных парадигм относятся в околокомпьютерных кругах к разряду так называемых «религиозных» войн — холивар.

История термина

Своим современным значением в научно-технической области термин «парадигма» обязан, по-видимому, Томасу Куну и его книге «Структура научных революций» (см. парадигма). Кун называл парадигмами устоявшиеся системы научных взглядов, в рамках которых ведутся исследования. Согласно Куну, в процессе развития научной дисциплины может произойти замена одной парадигмы на другую (как, например, геоцентрическая небесная механика Птолемея сменилась гелиоцентрической системой Коперника), при этом старая парадигма ещё продолжает некоторое время существовать и даже развиваться благодаря тому, что многие её сторонники оказываются по тем или иным причинам неспособны перестроиться для работы в другой парадигме.

Термин «парадигма программирования» впервые применил Роберт Флойд в своей лекции^[2] лауреата премии Тьюринга.

Флойд отмечает, что в программировании можно наблюдать явление, подобное парадигмам Куна, но, в отличие от них, парадигмы программирования не являются взаимоисключающими:

Если прогресс искусства программирования в целом требует постоянного изобретения и усовершенствования парадигм, то совершенствование искусства отдельного программиста требует, чтобы он расширял свой репертуар парадигм.

Таким образом, по мнению Роберта Флойда, в отличие от парадигм в научном мире, описанных Куном, парадигмы программирования могут сочетаться, обогащая инструментарий программиста.

Различные определения

Далеко не все авторы, использующие термин «парадигма программирования», решаются дать интенсиональное определение данному термину. Однако и те определения, которые удаётся найти, серьёзно отличаются друг от друга.

Диомидис Спинеллис даёт следующее определение^[3]:

Слово «парадигма» используется в программировании для определения семейства обозначений (нотаций), разделяющих общий способ (методику) реализаций программ. (В оригинале: The word paradigm is used in computer science to talk about a family of notations that share a common way for describing program implementations)

Для сравнения тот же автор приводит определения из других работ. В статье Дэниела Боброва^[4] парадигма определяется как «стиль программирования как описания намерений программиста». Брюс Шрайвер (Bruce Shriver) определяет парадигму программирования как «модель или подход к решению проблемы»^[5], Линда Фридман (Linda Friedman) — как «подход к решению проблем программирования».^[6]

Памела Зейв (Pamela Zave) даёт определение парадигмы как «способа размышления о компьютерных системах» (в оригинале «way of thinking about computer systems»).^[7]

Питер Вегнер (Peter Wegner) предлагает другой подход к определению термина парадигмы программирования. В его работе «Concepts and paradigms of object-oriented programming»^[8]парадигмы определяются как «правила классификации языков программирования в соответствии с некоторыми условиями, которые могут быть проверены».

Тимоти Бадд предлагает понимать термин «парадигма» как «способ концептуализации того, что значит „производить вычисления“, и как задачи, подлежащие решению на компьютере, должны быть структурированы и организованы».^[9]

Парадигма программирования как исходная концептуальная схема постановки проблем и их решения является инструментом грамматического описания фактов, событий, явлений и процессов, возможно, не существующих одновременно, но интуитивно объединяемых в общее понятие.

Основные модели программирования

• Императивное программирование

• Структурное программирование

• Функциональное программирование

• Логическое программирование

• Объектно-ориентированное программирование

  • Программирование, основанное на классах

  • Программирование, основанное на прототипах

  • Субъектно-ориентированное программирование

Подходы и приёмы

• Структурное программирование

• Процедурное программирование

• Декларативное программирование

• Аппликативное программирование

• Обобщённое программирование

• Доказательное программирование

• Порождающее программирование

• Аспектно-ориентированное программирование

• Агентно-ориентированное программирование

• Рекурсия

• Автоматное программирование

• Событийно-ориентированное программирование

• Компонентно-ориентированное программирование

• Литературное программирование

Парадигмы программирования

• Агентно-ориентированная

• Компонентно-ориентированная

• Конкатенативная

• Декларативная (противоположная — императивная)

  • Функциональная

    • Табличный процессор

    • Реактивная

  • Логическая

• Событийно-ориентированная

  • Сервис-ориентированная

• Комбинаторная

• Императивная (противоположная — декларативная)

  • Процедурная

• Предметно-ориентированная

• Метапрограммирование

  • Автоматизация процесса программирования

  • Обобщённое программирование

  • Рефлексивно-ориентированная

  • Итерационная

• Параллельная

• Структурная

  • Модульная

  • Рекурсивная

  • Объектно-ориентированная

    • Автоматная

    • Разделение ответственности:

      • Аспектно-ориентированная

      • Субъектно-ориентированная

    • Прототип-ориентированная