что такое императивное управление процессами
Чем отличается императивное программирование от декларативного
Предыстория
Не так давно я была в активном поиске работы и просматривала кучу сайтов с вакансиями/проектами. На некоторых из них «проходные» вопросы можно посмотреть еще до подачи отклика.
Большинство было вполне обычными, типа «сколько лет вы пользуетесь фреймворком Х?», но один мне показался интересным (я даже туда откликнулась, но #меняневзяли).
Это собственно и был вопрос из заголовка. И я решила разобраться. А лучший способ понять — это, как известно, объяснить. Так что добро пожаловать под кат.
В чем же отличия?
Для того, чтобы описать отличия, нужно сначала понять, что это в принципе такое. В вольном пересказе.
Императивный стиль
Это такой стиль программирования, при котором вы описываете, как добиться желаемого результата. Например я пишу:
Это что ни на есть декларативный стиль, но при этом с примесью императивного.
Декларативный стиль
Такой стиль, в котором вы описываете, какой именно результат вам нужен.
И получатель такого сообщения уже сам разбирается, какие шаги для этого надо предпринять.
Почему пример из части про императивность на самом деле с примесью декларативности? Ну хотя бы потому что получатель должен знать, что такое сковорода и яйца.
Пример на JS
Все языки программирования высокого уровня позволяют писать в смешанном стиле и, на самом деле, четкого разделения даже эти два примера не показывают.
Наверное, правильно называть один стиль «более декларативным», а другой — «более императивным».
Декларативное и императивное программирование
Или насколько неверным было мое представление о React
Feb 11, 2018 · 4 min read
Если вы читали документацию React, вы, вероятно, заметили, что React является декларативным. Обычно я пропускаю такого рода инфорамцию— согласен, не очень хорошая привычка. (Дайте мне скорее примеры кода!) Но как и всякий, кто начал изучать React сразу после колледжа, я часто думал о задачах неправильно.
И это неудивительно. Колледж информатики может б ыть хорошей практикой написания хакерских скриптов для решения одной задачи. Это было здорово для моих интервью по программированию, но не так хорошо для веб-разработки в целом. И это не камень в огород моего образования — оно предоставило мне множество инструментов, необходимых для начала. На то и существует работа — продолжать расти и становиться лучше как разработчик.
Что такое декларативное и императивное программирование?
Согласно этой и этой информации:
Декларативное программирование — это парадигма программирования … которая выражает логику вычисления без описания его потока управления.
Императивное программирование — это парадигма программирования, в которой используются утверждения, которые изменяют состояние программы.
«Парадигма программирования» звучит супер претенциозно, и это, безусловно, фраза, которую любят профессоры моего колледжа. Если у вас есть образование в области информатики, эти определения могут быть не такими загадочными, но все же я считаю, что конкретные примеры способствуют большему пониманию.
Прежде чем я зайду слишком далеко, хочу подчеркнуть, что нет ничего плохого в любом из этих подходов. У каждого есть сильные и слабые стороны, но один подход — всегда правильно. Например, декларативное программирование может привести к меньшему прямому контролю, что может быть неверным для таких приложений, как встроенные системы, где «правильный ответ, полученный слишком поздно, становится неправильным ответом».
Хорошо, вот метафора.
Декларативное программирование — это как попросить вашего друга нарисовать пейзаж. Тебе все равно, как он рисует, это зависит от него.
Императивное программирование — это как ваш друг, который слушает Боба Росса, который рассказывает, как рисовать пейзаж. Будучи мастером своего дела, Боб Росс не командует, а шаг за шагом дает инструкции для получения желаемого результата.
Продемонстрируй в коде
Ладно, ладно, вот несколько примеров кода. У нас есть кнопка, которая меняет цвет при нажатии. Я начну с императивного примера:
И пример нашего декларатвного React:
Возможно, различия незначительны. У нас по-прежнему есть логика, которая говорит: если красный, значит синий, но есть одна огромная разница. Пример c React никогда не затрагивает элемент. Он просто объявляет, что элемент должен отображаться с учетом нашего текущего состояния (далее — state). Он фактически не манипулирует самим DOM.
Использование прямого манипулирования DOM является ошибкой, которую я часто делал, когда впервые начал работать с React. Я заметил, что это тоже является проблемой для разработчиков, у которых большой опыт в jQuery.
При написании React зачастую нужно думать не о том, как вы хотите достичь результата, а об внешнем виде компонента с его новым state. Это заставляет нас хорошо контролировать поток, где state проходит через серию предсказуемых и воспроизводимых мутаций. Это относится не только к компонентам, но и к state самого приложения. Библиотеки, такие как Redux, могут помочь реализовать этот архитектурный подход, но они не обязательны для достижения этой цели.
Для меня структура приложения является наиболее важным аспектом, когда вы хотите использовать декларативный подход. Ему легко следовать на одном компоненте, но тяжелее при масштабировании приложения. Заманчиво заставить два компонента взаимодействовать друг с другом с помощью хаков или согласиться на передачу информации только наполовину. Но последовательный подход к управлению state упростит ваше приложение в целом.
Чего следует избегать
Я либо допустил, либо позволил допустить все эти ошибки в коде, над которым работал. Это всего лишь советы.
Императивное и декларативное программирование простым языком — объясняют эксперты
Авторизуйтесь
Императивное и декларативное программирование простым языком — объясняют эксперты
Начинающему программисту несложно запутаться в различных терминах — взять только объектно-ориентированное, динамическое, императивное и декларативное программирование. Спросили у экспертов, что из себя представляют два последних подхода.
технический директор центра инновационных технологий и решений «Инфосистемы Джет»
Императивные языки, такие, как Java, Python, JavaScript, C, C++ занимают доминирующее положение в индустрии ПО, соответственно императивное программирование — самое распространённое. Смысл его в том, что императивная программа содержит прямые указания, что должен сделать компьютер и в каком порядке должны выполняться инструкции. Этот подход легко понять программисту, а компилятору — легко породить достаточно эффективный код.
Декларативное программирование распространено не так обширно, как императивное, хотя оказывает большое влияние на мейнстрим. Смысл декларативного программирования в том, что программы пишут в виде некоторых ограничений и правил. Логические языки, такие, как Пролог, предлагают описывать ограничения в виде фактов и правил.
В функциональных языках (другой вариант декларативного программирование) описывают программу в виде функций. Отличие от функций в императивном программировании заключается в том, что функции в функциональном языке являются математическими в том смысле, что они устанавливают отношение между аргументом и результатом, и не могут изменять никаких переменных во время вычислений.
Вообще в декларативных языках обычно отсутствует изменение переменных или обычно спрятано за каким-либо специальным механизмом.
Самый популярный язык РСУБД SQL так же является декларативным. На нём описывается конечный результат, а способ его получения генерируется сервером СУБД исходя из множества факторов.
Декларативное программирование может являться более сложным в понимании, но позволяет писать более безопасный и поддерживаемый код, который легко параллелится. А компиляторы декларативных языков имеют больше возможностей при оптимизации программ.
Конечно, практически все основные языки сочетают в себе элементы и декларативного и императивного программирования. Огромное влияние оказывает функциональное программирование на JavaScript, Java, C++, C# и т.д.
ведущий системный программист компании «Аэродиск»
Декларативное программирование — это парадигма программирования, в которой задаётся спецификация решения задачи: описывается, что представляет собой проблема и ожидаемый результат, но без описания способа достижения этого результата. Зачастую декларативные программы не используют понятия состояния и, в частности, не содержат переменных и операторов присваивания, обеспечивая ссылочную прозрачность. К подвидам декларативного программирования часто относят и функциональное программирование. Декларативные компьютерные языки часто не полны по Тьюрингу, так как теоретически не всегда возможно порождение исполняемого кода по декларативному описанию.
Императивное программирование — это парадигма программирования, в которой задаётся последовательность действий, необходимых для получения результата. В нём используются переменные, операторы присваивания и составные выражения.
Несмотря на то, что исторически первым был применен декларативный подход в программировании, первые языки программирования компьютеров (машинный, ассемблер, фортран, алгол, кобол) были императивными в силу простоты подхода.
Сейчас широко распространены как узкоспециализированные декларативные языки программирования (HTML + CSS, SVG, VRML, SQL, lex/VACC), в том числе функциональные (Haskell, Erlang, Scala), так и императивные языки (C/C++/C#, Java, Go, Rust, Python). Однако практически все современные языки программирования общего назначения высокого уровня, за исключением некоторых функциональных, относятся к императивным языкам.
Выбор той или иной парадигмы программирования — императивной или функциональной — определяется, главным образом, требованиями к программе и набором достоинств и недостатков каждой из парадигм. Так, например, независимость функций по данным в функциональных языках и отсутствие побочных эффектов чрезвычайно сокращает количество ошибок и позволяет эффективно распараллеливать код. Поэтому для создания высоконагруженных систем с высоким уровнем параллельных вычислений более оправданно выбирать один из функциональных языков.
С другой стороны, неизменность входных данных в функциональных языках программирования затрудняет создание систем, активно выполняющих ввод-вывод и модификацию уже имеющихся данных. Для реализации таких систем предпочтительнее выбирать императивные языки.
руководитель отдела разработки ECM «Техносерв Консалтинг»
Императивное программирование — это парадигма, основанная на составлении алгоритма действий (инструкций/команд), которые изменяют состояние (информацию/данные/память) программы. Первыми языками программирования, основанными на таком подходе, были машинные коды и ассемблеры. Фактически, программа на этих языках — это код, который выполняется компьютером сразу, без предварительной компиляции. Из языков высокого уровня, требующих компиляции исходного кода программы в машинный код (или интерпретации), к императивным можно отнести C, C++, Java.
Рассмотрим ещё один пример. Допустим, мы хотим приготовить обед.
В императивной парадигме это выглядит как-то так:
В декларативной: хочу на обед жареное мясо с овощами (неплохо звучит, правда? :)).
Вроде бы различия очевидны. Однако, императивный язык не мешает обобщить и автоматизировать отдельные задачи. Можно реализовать некий «слой» кода, библиотеки, которые будут «уметь» выполнять отдельные этапы алгоритма: определять по рецепту, есть ли в наличии необходимые продукты, заказывать их доставку, пользоваться плитой и т.д. Получится, что программный код императивного языка программирования, использующий такие библиотеки, уже не будет по своей структуре так уж сильно отличаться от декларативного.
На практике, при написании кода и выбора подхода, разработчик отталкивается не только от возможностей и ограничений языка программирования, но и удобства использования той или иной парадигмы в данном конкретном случае.
Можно ли использовать декларативный и императивный стили написания программ одновременно?
При разработке своего собственного языка программирования автор должен определиться, какими свойствами его язык должен обладать, ведь в конечном итоге именно это и будет определять назначение языка и особенности его использования. Причем некоторые свойства настолько сильно влияют на итоговую концепцию языка и его синтаксис, что впоследствии их изменение невозможно в принципе, либо новый синтаксис получается очень запутанным и непонятным. Наверно из-за этого многие свойства языков программирования рассматриваются и изучаются как взаимоисключающие.
До недавнего времени я считал, что императивная и декларативная парадигмы написания программ являются антагонистами и взаимоисключающими понятиями. Ведь выбор стиля написания кода, изначально определяется автором языка еще на стадии его проектирования и оказывает влияние на все последующие аспекты.
Но сейчас я думаю, что это не верно. Императивный и декларативный стили программирования не являются взаимоисключающими, а писать программы только в одной из указанных парадигм подталкивают правила синтаксиса, реализованные в языке!
Другими словами, использовать только императивную или только декларативную парадигмы разработчик вынужден не потому, что он не умеет или не хочет писать код по другому, а из-за того, что все более-менее мейнстримные языки программирования ориентированы на использование только одной парадигмы. И выбор только одной парадигмы написания кода, это ограничение, которое навязано программистам создателями языка. Ведь если они изначально ориентировались только на одну концепцию разработки кода, то и разрабатывали синтаксис языка в соответствии с этой парадигмой.
Данная статья — размышление о совместимости декларативной и императивной парадигм программирования и возможности их одновременного использования в рамках одного языка программирования одновременно.
Что такое «Декларативное программирование»?
Вначале мне захотелось разобраться, а существуют ли чисто декларативные языки программирования? Такие, которые могут полностью обходятся без императивных конструкций?
Но чуть не споткнулся уже в самом начале, т.к. даже само определение «декларативное программировании», в вики описывается следующим образом:
Декларати́вное программи́рование — парадигма программирования, в которой задаётся спецификация решения задачи, то есть описывается, что представляет собой проблема и ожидаемый результат. Противоположностью декларативного является императивное программирование, описывающее на том или ином уровне детализации, как решить задачу и представить результат.
Уже в изначальном определении закладывается противопоставление парадигм, а дальше идут рассуждения о «направлении» программирования. И хоть вики сама и не является авторитетным источником информации, но даже такая заготовка статьи смогла показать направление поиска ответов на первый поставленный вопрос.
И заставил задуматься один абзац в конце статьи следующего содержания:
«Чисто декларативные» компьютерные языки зачастую неполны по Тьюрингу — так как теоретически не всегда возможно порождение исполняемого кода по декларативному описанию. Это иногда приводит к спорам о корректности термина «декларативное программирование» (менее спорным является «декларативное описание решения» или, что то же самое, «декларативное описание задачи»).
Судя по наличию такой оговорки, ставится под сомнение наличие «чисто декларативных» языков. И как только пришлось задуматься над это мыслью, то сразу стало очевидным, что какой бы декларативный язык программирования не существовал, то в нем должна быть как минимум одна императивная конструкция, которая будет запускать поиск решения! Ведь любой синоним слова «выполнить» или «запустить» по определению будет императивом!
Например в языке Prolog, который обычно и приводят в качестве примера декларативного языка программирования, «замаскированным» императивным оператором является знак вопроса. Он кажется естественным и логичным, как же без него? Но по своей сути, это императивная конструкция!
Тоже самое касается и языка SQL. Он тоже как бы декларативный, но неожиданно все его команды являются императивными по сути. SELECT, CREATE, ALTER, DROP, INSERT, UPDATE, DELETE и т. д., а декларативными являются только описания условий их выполнения!
В результате, у меня так и не получилось найти чисто-декларативный язык программирования без императивных операторов (может быть, Вики права и такого языка программирования и вовсе не существует?).
А что отличает декларативные языки программирования от императивных?
Согласно определению, декларативными языками программирования их называют из-за возможности записать некие условия в декларативном стиле. Но кроме этого, в декларативных языках как правило присутствует и некий внутренний механизм поиска решений. Подобный «вычислитель» есть и в SQL и Prolog и во многих других декларативных языках.
Интересно, а является ли внутренняя система поиска решений обязательным признаком декларативного стиля программирования или это только особенность конкретного языка программирования, которая не зависит от декларативного стиля написания кода?
Чтобы проверить данные предположения, можно было попробовать написать классическую декларативную программу на императивном языке, у которого отсутствует внутренний механизм поиска решений.
А заодно, таким образом можно будет и изучить вопрос, получится ли написать программу в декларативном стиле используя обычный императивный язык программирования?
Для примера, решил попробовать повторить уже классическую программу в декларативном стиле на Прологе.
Получилась вот такая функционально — эквивалентная программа на С++, которая максимально приближена по стилю к декларативному прототипу:
Конечно, текст на С++ получается значительно многословней, чем вариант на Прологе, но по сути, это почти дословное повторение декларативного стиля написания кода. Тем более, не стоит забывать про рассуждения в начале статьи об изначальном выборе концепции при создании языка и «принуждении» программистов пользоваться только одной, изначально выбранной парадигмой разработки.
Таким образом, можно с высокой долей уверенности утверждать, что теоретически можно писать код одновременно в разных стилях.
Но что тогда мешает в рамках одного языка программирования писать с использованием императивного и декларативного стиля? Неужели только убежденность создателей языков в том, что императивный и декларативный стили программирования являются взаимоисключающими? И только из-за этого получаются языки программирования, синтаксис которых подходит для использования одной единственной парадигмы?
Но если это так, то что мешает попробовать разработать синтаксис языка программирования, в котором можно было бы использовать сразу императивный и декларативный стили программирования одновременно?
Что мешает совместить императивный и декларативный стили написания в рамках одной программы?
В любой компьютерной программе всегда существует разделение кода на описание данных и на языковые конструкции для их обработки, т.е. фактически это разделение на данные и на функции. Мне кажется, что основная сложность, которая не дает использовать разные стили программирования в рамках одного языка, это необходимость разделять описываемые сущности на «данные» и «управляющие конструкции». Ведь это свойство (необходимость разделения сущностей на «данные» и «функции»), является неотъемлемой частью любого языка программирования.
Это не удивительно, ведь на заре становления ИТ индустрии, создатели первых языков программирования ориентировались исключительно на императивный стиль, потому что назначением любого компилятора было — преобразовать исходный текст программы в машинные инструкции. И на примерах модульного, структурного и объекто-ориентированного подходах показана и доказана необходимость оформления исполняемого кода в выделенные процедуры с последующей их группировкой в модули и классы.
А декларативный стиль написания программ стал появляться только после создания высокоуровневых языков программирования. И основная цель создания данных языков сместилась на поиск решения конечного пользователя, а не на упрощение генерации бинарных файлов с машинными инструкциями. Если внимательно посмотреть на приведенные выше примеры кода, то можно заметить, что в них определения данных и операторы для их обработки идут вперемешку, (для примера на С++ это определение лямбд функции), что кардинально отличается от императивного подхода.
Так может быть, основная особенность декларативного стиля как раз и заключается в том, что в нем не разделяются «данные» и «действия над данными»? Или как вариант, можно не указывать выполняемые действия над данными вовсе (как в некоторых SQL конструкциях)?
Может быть как раз именно эта особенность (возможность последовательной записи программного кода в соответствии с собственными логическими рассуждениями, в которых могут перемежаться «данные» и «функции», как это происходит при человеческом мыслительном процессе), не дает в полной мере реализовать возможность совмещения императивных и декларативных стилей программирования?
И если это так, тогда можно попробовать разработать такой синтаксис, который будет поддерживать определение как данных, так и декларацию функций в рамках единого потока языковых конструкций!
Проверка гипотезы в новом языке программирования
Для поверки данного предположения, я решил добавить в свой новый язык программирования (синтаксис которого допускает определение функций в одном потоке с описанием обрабатываемых данных), недостающие алгоритмические конструкции, которые позволяли бы реализовать императивный стиль программирования, несмотря на изначальную ориентацию только на декларативную парадигму.
Правда с учетом изначальных ограничений синтаксиса нового языка (запрет на применение операторов в виде зарезервированных ключевых слов), в качестве оператора проверки условия была выбрана синтаксическая конструкция, соответствующая по смыслу термину «следует», т.е. тире и угловая скобка «->».
В результате, условный оператор получился практически математический, который легко объединяется в последовательности для реализации проверки множественных условий вида «else if». А для объединения сразу нескольких логического операторов между собой и для отделения их от последующего действия, операторы проверки условия можно заключать в круглые скобки.
В общем случае условный оператор в новом языке программирования имеет вид:
Или расширенный вариант, для наглядности записанный с отступами:
Тогда и операторы циклов можно будет записать практически аналогично, только выбрав в качестве оператора, не оператор следования, а следование с возвратом (раз уж нужно указывать циклическое действие).
счетный цикл для работы с итератором*:
*) Разъяснение операторов «итератор» приводится в этой статье
В этом случае, решение тестового примера декларативной программы на Прологе можно будет легко оформить, как в императивном, так и в декларативном стилях одновременно!
Примерно это и требовалось показать!
Я почти закончил эксперименты с синтаксисом языка. И теперь, после добавления в него недостающих алгоритмический конструкций (ветвления и циклов), планирую, что следующая статья о новом языке программирования будет посвящена описанию его полного синтаксиса и публикации исходников прототипа компилятора для возможности поиграться на реальных примерах.
Ну и пять копеечек про ООП. Как ни странно:
1) В нем таки есть декларативная часть, все эти pubic, private, virtual, etc
2) Эта декларативная часть, внезапно, элегантно позволяет реализовывать декомпозицию и управление сложностью.
3) При наличии перегрузок, можно поиграть в алгебраическое мышление, рассматривая взаимодействие двух объектов как бинарную операцию.
Ух ты, ООП — это обкатанная практикой технология, которая совмещает декларатив с императивом и вроде позволяет освоившим ее вкусно кушать и мягко спать!