Функциональное программирование

С другими расширениями и вариантами Лисп-интерпретатора можно ознакомиться в курсах Интернет-Университета ИТ, посвященных функциональному программированию и языку Лисп [ [ 8 ] ]. Расширение системы функционального программирования осуществляется простым введением/удалением соответствующих свойств атомов и функций.

Многие реализационные находки Лиспа, такие как ссылочная организация памяти, сборка мусора для повторного использования памяти, частичная компиляция программ с интерпретацией промежуточного кода, полиморфизм, длительное хранение атрибутов объектов в период их использования и т.д. перекочевали из области исследований и экспериментов на базе Лиспа в практику реализации операционных систем и систем программирования.

В нашей стране программирование мало соприкоснулось c функциональным программированием, хотя знакомство с Лиспом состоялось из первых рук. Джон Мак-Карти в конце 1968 года познакомил Москву и Новосибирск с Лиспом, что побудило к реализации отечественных версий языка.

К середине семидесятых годов именно на Лиспе решались наиболее сложные в практике программирования задачи из области дискретной и вычислительной математики, системного, экспериментального и теоретического программирования, лингвистики, химии, биологии, медицины и инженерного проектирования. Пример - AutoCAD - система автоматизации инженерных расчетов, дизайна и комплектации изделий из доступного конструктива. Приверженцы Лиспа ценят его за элегантность, гибкость, а, главное, за способность к точному представлению программистских идей, удобной отладке и быстрому прототипированию.

Функциональные языки программирования достаточно разнообразны. Существует и активно применяется более трехсот диалектов Лиспа и родственных ему языков: Interlisp, muLisp, Clisp, Sheame, ML, Cmucl, Logo, Hope, Sisal, Haskell, Miranda и др. При сравнении языков и парадигм программирования часто классифицируют функциональные языки по следующим критериям: "ленивый" или аппликативный, последовательный и параллельный. Например, ML является аппликативным и последовательным, Erlang - аппликативным и параллельным, Haskell - "ленивым" и последовательным, а Clean - параллельным и "ленивым".

CMUCL - свободно-распространяемая реализация стандарта common lisp с эффективной компиляцией, осуществляемой как в объектный код, так и в байт-код[ [ 34 ] ]. По сравнению с CLISP CMUCL работает на меньшем количестве платформ и более требователен к памяти. CLISP обладает более мощной поддержкой многоязыковости. Поддерживает Unicode. Так как CMUCL компилируется в объектный код, то программы исполняются быстрее по сравнению с программами на CLISP. Несмотря на это математические примитивы в CLISP очень хорошо реализованы, кроме того, CLISP поддерживает вещественную арифметику с произвольной точностью [ [ 79 ] ].

Рефал. В отличие от ЛИСПа, основу РЕФАЛа составляет сопоставление с образцом. Благодаря этому типовая программа на РЕФАЛе вдвое-втрое короче по объему, чем аналогичная программа на языке ЛИСП, и гораздо более читаема. От ПРОЛОГа РЕФАЛ отличает концептуальная простота. Его сопоставление с образцом работает в прямом направлении, а не в обратном (начиная от цели), как в ПРОЛОГе. Это более естественный подход к написанию алгоритмов, что делает их более легкими для тестирования и отладки.

ML (Meta Language, изначальное предназначение - метаязык для представления систем автоматизации доказательств) имеет важную особенность: полиморфную систему типов данных, разработанную Робином Милнером. Подобная система была раньше предложена Роджером Хиндли и сейчас часто называется системой типов Хиндли-Милнера. Наличие механизма вывода типов позволило избавить программиста от необходимости явно описывать типы функций и в то же время производить строгий контроль типов. ML не чисто функциональный язык, он включает и императивные инструкции. ML развивался и включил в себя многие особенности других функциональных языков. Появилось несколько диалектов, наиболее известные из которых StandardML, CAML и чисто функциональный LazyML.

Haskell. В конце 80-х не было стандарта на чисто функциональный, ленивый язык. Haskell был создан с целью занять эту нишу. Haskell "ленивый", чисто функциональный язык. Основан на лямбда-исчислении [ [ 78 ] ]. В функциональном стиле выражен ввод и вывод, для реализации которого использована концепция монад. В языке широко используется сопоставление с образцом, что приближает его к декларативным языкам.

Dylan. Dylan является попыткой компромисса между функциональным и ОО-подходом. Вследствие чего центральным объектом являются обобщенные функции (generic functions). Язык обладает предопределенной библиотекой, включающей в себя систему исключений, набор функций высшего порядка, средства самоанализа и др [ [ 81 ] ].

Erlang. Создан отделением компании Erricson, однако, является продуктом с открытым кодом. Этот функциональный язык специально создан для поддержки распределенной обработки, параллельности и обработки ошибок. Язык предназначен для систем реального времени и активно используется Erricson при создании телекоммуникационных систем [ [ 80 ] ].

В рамках проекта .Net выполнено большое число реализаций весьма различных функциональных языков программирования, в их числе Haskell, Sml, Scheme, Mondrian, Mercury, Perl, Oberon, Component Pascal, разрабатывается F# - новый язык ФП [ [ 22 ] ]. Еще большее разнообразие предлагает проект DotGNU, пытающийся отстоять приоритет в области разработки переносимого ПО. Развиваются линии учебного и любительского программирования и методично осваивается техника выстраивания иерархии абстрактных машин при определении языков программирования [ [ 82 ] ].

Разработка ЯФП и приспособленность средств ФП к быстрой отладке, верификации, их лаконизм, гибкость, конструктивность и моделирующая сила позволяют рассматривать ФП как основу информационной среды обучения современного программирования на всех уровнях проблематики от алгоритмизации до включения в социальный контекст приложений разрабатываемых ИС. Документация по GNU Clisp, xLisp, CMUCL и другим реализациям языка Lisp доступна на сайтах любителей ФП, а также на многих сайтах [ [ 78 ] , [ 79 ] , [ 80 ] , [ 81 ] , [ 82 ] ].