A criação de software é uma tarefa complexa e altamente técnica, que demanda um planejamento minucioso e estratégias bem definidas para abordar a solução de problemas através do uso de código.
Nesse contexto, a escolha do paradigma de programação apropriado antes de iniciar o desenvolvimento de qualquer software é uma etapa crucial.
Um paradigma de programação representa um modelo ou uma abordagem específica para programar, fornecendo um conjunto de recursos, padrões, princípios, regras e estilos para projetar, estruturar e escrever programas de computador.
Entre os paradigmas de programação mais populares, destacam-se a Programação Orientada a Objetos (POO), a Programação Procedural, a Programação Orientada a Eventos e a Programação Funcional, entre outros.
A programação funcional, em particular, tem ganhado destaque recentemente, por prometer um código com menor incidência de erros, alta reutilização e facilidade de manutenção. Mas, afinal, o que é programação funcional?
A programação funcional é um subparadigma pertencente ao paradigma da programação declarativa. A programação declarativa concentra-se em escrever códigos que descrevem *o que* o programa deve fazer, em vez de detalhar *como* ele deve executar as tarefas.
Um exemplo claro disso pode ser observado ao realizar consultas em bancos de dados SQL. Em vez de especificar detalhadamente como os dados devem ser recuperados, você apenas indica quais dados deseja obter.
A programação funcional, especificamente, é um paradigma para construir programas utilizando expressões e funções puras, que são aplicadas sequencialmente para resolver problemas ou atingir os resultados desejados.
Na programação funcional, toda a funcionalidade de um programa é dividida em funções puras, reutilizáveis e com responsabilidade única. Assim, todas as operações no programa são realizadas através dessas funções.
Uma função pura é aquela que, ao receber os mesmos valores de entrada, sempre produz a mesma saída e não causa efeitos colaterais em outras partes do aplicativo.
Portanto, o resultado de uma função pura depende exclusivamente de seus parâmetros de entrada, e não de variáveis globais que possam alterar seu comportamento.
Essas funções puras recebem entradas, processam-nas localmente e retornam uma saída, sem modificar outras partes do programa.
A programação funcional utiliza dados imutáveis, ou seja, dados que não podem ser alterados após sua criação. Além disso, evita o uso de estados compartilhados, onde os mesmos dados podem ser acessados e modificados por diferentes partes do programa.
Como a programação funcional depende fortemente de funções, estas são consideradas “cidadãos de primeira classe”, o que significa que podem ser passadas como argumentos, armazenadas em variáveis e retornadas por outras funções.
Adicionalmente, a programação funcional utiliza expressões em vez de instruções, evitando construções de loop como `for` e `while`. Isso visa facilitar a compreensão e a depuração da lógica do programa.
Tipos de Linguagens de Programação Funcional
Existem dois tipos principais de linguagens de programação funcional:
- Linguagens Puramente Funcionais: São linguagens que oferecem suporte, impõem e incentivam o uso de paradigmas funcionais, como funções puras de primeira classe, imutabilidade de dados e estados, e funções sem efeitos colaterais em outras partes do programa. Exemplos incluem Haskell, Agda, Clean, Idris, Futhark e Elm, entre outras.
- Linguagens Funcionais Impuras: São linguagens que possuem suporte a paradigmas de programação funcional, mas que também permitem o uso de funções impuras, mutações de estado e operações com efeitos colaterais. Exemplos incluem Javascript, Rust, Erlang, Python, Ruby, Java, Kotlin e Clojure, entre outras.
Ambos os tipos de linguagens funcionais são amplamente utilizados por desenvolvedores. No entanto, a transição para uma linguagem puramente funcional pode demandar tempo e esforço significativos, especialmente para quem nunca trabalhou com programação funcional.
Linguagens e Bibliotecas de Programação Funcional
Algumas linguagens e bibliotecas de programação funcional populares incluem:
#1. Haskell
Haskell é uma linguagem de programação estaticamente tipada, preguiçosa e puramente funcional, considerada a personificação do paradigma de programação funcional.
Além da inferência de tipos, a linguagem oferece suporte à avaliação preguiçosa, onde as expressões são avaliadas somente quando seus resultados são necessários. Haskell também oferece suporte à programação concorrente e sua compilação inclui um coletor de lixo de alto desempenho e uma biblioteca de concorrência leve.
Através de sua adesão estrita aos princípios da programação funcional, Haskell facilita a construção de sistemas de software complexos e sua manutenção.
Entre diversos profissionais, Haskell é a linguagem preferida para construir sistemas independentes ou linguagens específicas de domínio. Também é amplamente utilizada na academia e em pesquisas. Empresas como Microsoft, Github, Hasura e Lumi utilizam Haskell em seus projetos.
#2. Ramda
Ramda é uma biblioteca de programação funcional para a linguagem JavaScript. Ela simplifica a criação de lógicas complexas por meio da composição funcional e fornece funções utilitárias que incentivam o uso de princípios da programação funcional em JavaScript.
Ramda também facilita o uso de objetos e funções imutáveis, sem efeitos colaterais, que são conceitos fundamentais na programação funcional.
Como JavaScript não é uma linguagem puramente funcional como Haskell, o uso de uma biblioteca como Ramda permite aplicar a programação funcional e obter seus benefícios em termos de desempenho ao usar JavaScript.
#3. Elixir
Elixir é uma linguagem de programação funcional, concorrente e de uso geral, projetada para ser escalável, fácil de manter e tolerante a falhas. Criada em 2011 por José Valim, roda na máquina virtual BEAM e é utilizada por empresas como Heroku, Discord, change.org e Duffel, entre outras.
Como linguagem de programação funcional, Elixir incentiva a imutabilidade de estados e dados, o uso de funções puras e a transformação de dados.
Conceitos-chave na Programação Funcional
#1. Funções Puras
A programação funcional faz uso extensivo de funções puras. Elas possuem duas características principais: primeiro, para as mesmas entradas, produzem sempre a mesma saída, independentemente de fatores externos, sendo determinísticas e previsíveis.
Segundo, funções puras não possuem efeitos colaterais, ou seja, não modificam o ambiente externo fora de seu escopo.
Exemplos de funções puras:
// Função para calcular o quadrado de um número
function square(x) {
return x * x;
}
// Função para somar dois números
function add(a, b) {
return a + b;
}
As funções acima retornam a mesma saída para as mesmas entradas e não possuem efeitos colaterais fora de seu escopo.
#2. Imutabilidade
Na programação funcional, os dados são imutáveis. Isso significa que, uma vez que uma variável é inicializada, ela não pode ser modificada. Isso garante a preservação do estado de uma variável ao longo do programa.
Caso seja necessário realizar alguma alteração em uma variável, deve-se criar uma nova variável para armazenar os dados atualizados, sem alterar a variável original.
#3. Funções de Ordem Superior
Funções de ordem superior são funções que aceitam uma ou mais funções como argumentos e/ou retornam uma função.
Essas funções são úteis na programação funcional, pois permitem a combinação de várias funções para criar novas funções, o uso de *callbacks*, a abstração de padrões comuns em funções reutilizáveis e a escrita de códigos mais concisos e expressivos.
Um exemplo de função de ordem superior:
// Função de ordem superior que retorna uma função que multiplica
// um número por um fator dado
function multiplier(factor) {
return function (number) {
return number * factor;
}
}
const double = multiplier(2);
const triple = multiplier(3);
const quadruple = multiplier(4);
console.log(double(5)); // Saída: 10
console.log(triple(5)); // Saída: 15
console.log(quadruple(5)); // Saída: 20
#4. Recursão
Como a programação funcional se baseia em expressões em vez de instruções, as estruturas de controle como `for` e `while` são evitadas. Em vez disso, utiliza-se a recursão para realizar iterações.
A recursão envolve uma função chamando a si mesma repetidamente até que uma condição de saída seja satisfeita. Através da recursão, problemas complexos são divididos em subproblemas menores que são resolvidos recursivamente até que se chegue a um caso base, obtendo uma solução para o problema original.
#5. Programação Declarativa
A programação funcional é um subparadigma do paradigma da programação declarativa, que abrange abordagens que se concentram em escrever código em termos de *o que* precisa ser feito, em vez de detalhar *como* fazer.
Nesse sentido, ao usar o paradigma da programação funcional, o código deve descrever o que se busca alcançar ou o problema a ser resolvido.
A forma como isso é feito depende da linguagem de programação utilizada. Essa abordagem facilita a escrita de código mais conciso e legível.
#6. Stateless
A programação funcional enfatiza o código sem estado, onde este não mantém um estado global que possa ser modificado por funções. Os resultados das funções dependem exclusivamente da entrada fornecida, e não de dependências de outras partes do código.
As funções não podem modificar estados ou variáveis fora de seu escopo.
#7. Execução Paralela
Como a programação funcional utiliza estados imutáveis, funções puras e dados imutáveis, ela possibilita a execução paralela de vários cálculos simultaneamente.
Cada função só precisa lidar com sua entrada, sem se preocupar com efeitos colaterais de outras partes do programa. Assim, problemas complexos podem ser divididos em subproblemas menores e executados em paralelo, melhorando o desempenho e a eficiência.
Benefícios da Programação Funcional
Alguns dos benefícios da programação funcional incluem:
Menos erros de software
O código que implementa o paradigma da programação funcional é mais legível e fácil de entender, devido ao uso de funções puras, o que reduz a probabilidade de erros.
Como a programação funcional trabalha com estados imutáveis, não há o risco de diversas partes do programa alterarem o estado de uma variável. Isso resulta em menos erros que poderiam surgir da modificação de dados em diferentes áreas do código devido a estados compartilhados.
Melhora a legibilidade do código
A programação funcional é um subparadigma do paradigma declarativo, que enfatiza a escrita de código que descreve o que precisa ser feito, em vez de como fazer. Isso, junto com o uso de funções puras, resulta em um código autoexplicativo, fácil de ler, entender e manter.
Melhora a reutilização do código
A programação funcional requer a quebra de problemas complexos em subproblemas menores e a resolução desses problemas através de funções puras. Essas funções podem ser facilmente compostas e reutilizadas para resolver outros problemas. O uso de funções puras e estados imutáveis permite a escrita de código altamente reutilizável.
Teste e depuração mais fáceis
A programação funcional usa funções puras, que não possuem efeitos colaterais, dependem apenas de suas entradas e produzem saídas determinísticas consistentes.
Isso facilita os testes e a depuração, pois não há necessidade de rastrear o estado de uma variável em diferentes partes do programa.
Como não há dependências na programação funcional, a depuração e os testes se tornam mais fáceis, pois é possível direcionar partes específicas do programa.
Suporta simultaneidade e paralelismo
Como a programação funcional incentiva a ausência de estado e a imutabilidade dos dados, é possível executar funções puras em paralelo ou simultaneamente. A capacidade de executar várias operações em paralelo resulta em melhores velocidades de processamento e melhor utilização de processadores *multicore*.
Como paradigma, a programação funcional auxilia na escrita de código mais legível e de fácil compreensão, com menos erros e excelente suporte para o paralelismo, permitindo o uso eficiente de processadores *multicore*. A programação funcional permite a construção de sistemas de software mais confiáveis e fáceis de escalar.
Limitações da Programação Funcional
A programação funcional possui uma curva de aprendizado que exige que desenvolvedores invistam tempo e esforço para se familiarizar com seus conceitos e peculiaridades. Isso ocorre pois introduz novas formas de estruturar o código.
A codificação usando programação funcional pode ser extremamente complexa, pois não utiliza recursos mais intuitivos, como loops `for` e `while`. Escrever programas de forma recursiva não é trivial.
Como resultado, os desenvolvedores podem levar mais tempo para dominar a programação funcional, especialmente quando vêm de linguagens que utilizam estados mutáveis, como na programação orientada a objetos.
Outra limitação da programação funcional surge de seu princípio central de imutabilidade. Como dados e estados são mutáveis e novas estruturas de dados são criadas em vez de modificar as existentes, a programação funcional pode usar mais espaço de armazenamento. A natureza imutável da programação funcional também pode resultar em menor desempenho em certos aplicativos.
Conclusão
Embora a programação funcional exista há muito tempo, ela se tornou um paradigma popular nos últimos tempos. Apesar de apresentar alguma complexidade inicial, os desenvolvedores se beneficiam ao aprender sobre o paradigma e as diferentes formas de implementar a programação funcional em seus programas.
Não é necessário utilizar linguagens puramente funcionais, como Haskell, para aplicar conceitos da programação funcional. É possível utilizar linguagens como Javascript, Java, Python e Kotlin, colhendo os benefícios da programação funcional em seus projetos.
Você também pode explorar alguns recursos para aprender Python para iniciantes.