Programação funcional explicada em 5 minutos [With Examples]

Construir software é um processo muito técnico e desafiador que requer planejamento e estratégia para formular a maneira correta de resolver um problema usando o software.

Nesse sentido, considerar o paradigma de programação escolhido antes de desenvolver qualquer software é um passo importante.

Um paradigma de programação é um modelo ou abordagem de programação que fornece recursos, padrões, princípios, regras e estilos de design, estrutura e escrita de programas de computador.

Exemplos de paradigmas de programação populares incluem Programação Orientada a Objetos (OOP), Programação Processual, Programação Orientada a Eventos e Programação Funcional, entre outros.

A programação funcional, em particular, tem recebido muita atenção nos últimos tempos, pois promete código com menos bugs, altamente reutilizável e fácil de manter. Então, o que é programação funcional?

A programação funcional é um subparadigma do paradigma de programação declarativa. A programação declarativa é um paradigma que se concentra em escrever código que descreve o que um programa deve fazer, e não como o programa deve fazê-lo.

Um exemplo disso pode ser visto ao consultar bancos de dados SQL em busca de dados. Em vez de dizer explicitamente como deseja que isso seja recuperado, tudo o que você especifica são os dados que deseja recuperar.

A programação funcional em si é um paradigma para construir programas de computador usando expressões e funções puras que são aplicadas em sequência para resolver problemas ou alcançar resultados desejados.

Na programação funcional, toda a funcionalidade de um programa é dividida em funções puras reutilizáveis ​​e de responsabilidade única. Tudo no programa acontece através do uso de funções puras.

Uma função pura é uma função determinística que, quando recebe os mesmos valores de entrada, retorna a mesma saída e não afeta nenhuma outra parte dos aplicativos.

O resultado de uma função pura, portanto, depende apenas de sua entrada e não de uma variável global no aplicativo que pode alterar os resultados da função.

Essas funções puras recebem entrada, processam-na localmente e produzem uma saída sem alterar nenhuma outra parte do programa.

A programação funcional usa dados imutáveis, ou seja, dados que não podem ser alterados depois de criados, e também evita estados compartilhados, onde os mesmos dados podem ser acessados ​​e modificados por diferentes partes de um programa.

Como a programação funcional depende muito de funções, as funções são chamadas de cidadãos de primeira classe, o que significa que podem ser passadas como um argumento, salvas em uma variável e também retornadas de outra função.

Além disso, a programação funcional depende muito de expressões em vez de instruções e, portanto, evita instruções de loop como for e while. Isso é feito para tornar a lógica do programa fácil de seguir e depurar.

Tipos de linguagens de programação funcional

Existem dois tipos principais de linguagens de programação funcional. Esses incluem:

• Linguagens Puramente Funcionais – São linguagens de programação que suportam, impõem e promovem o uso de paradigmas funcionais, como o uso de funções puras de primeira classe, a imutabilidade de estados e dados e funções que não têm efeitos colaterais em outras partes do programa. Exemplos de linguagens puramente funcionais incluem Haskell, Agda, Clean, Idris, Futhark e Elm, entre outros.
• Linguagens Funcionais Impuras – São linguagens que possuem suporte para paradigmas de programação funcional, mas também permitem o uso de funções impuras, mutações de estado de um programa e operações com efeitos colaterais. Exemplos de linguagens funcionais impuras incluem Javascript, Rust, Erlang, Python, Ruby, Java, Kotlin e Clojure, entre outros.

As linguagens funcionais puramente funcionais e impuras estão em uso pelos desenvolvedores. No entanto, mudar para uma linguagem puramente funcional pode levar muito tempo e esforço se você nunca usou programação funcional antes.

Linguagens e bibliotecas de programação funcional

Algumas linguagens e bibliotecas de programação funcional populares incluem:

#1. HaskellGenericName

Haskell é uma linguagem de programação estaticamente tipada, preguiçosa e puramente funcional que é considerada a personificação do paradigma de programação funcional.

Além da inferência de tipos, a linguagem oferece suporte para avaliação preguiçosa, onde as expressões são avaliadas apenas quando seus resultados são necessários. Haskell também oferece suporte para programação simultânea e sua compilação vem com um coletor de lixo de alto desempenho e uma biblioteca de simultaneidade leve.

Através de seu uso e adesão estrita aos princípios de programação funcional, Haskell pode tornar a construção de sistemas de software complexos mais fácil e também fácil de manter.

Entre muitos participantes do setor, Haskell é a linguagem ideal para a construção de sistemas independentes ou linguagens específicas de domínio. Também tem ampla utilização na academia e na pesquisa. Algumas empresas que usam Haskell incluem Microsoft, Github, Hasura e Lumi, entre muitas outras.

#2. Ramda

Ramda é uma biblioteca de programação funcional para a linguagem JavaScript. Ramda simplifica a criação de lógica complexa por meio de composição funcional e fornece um conjunto de funções utilitárias que incentivam e suportam o uso de princípios de programação funcional em JavaScript.

Ramda também fornece uma maneira fácil de usar objetos e funções imutáveis ​​sem efeitos colaterais, que são conceitos-chave na programação funcional.

Como o JavaScript não é uma linguagem de programação puramente funcional como Haskell, por meio do uso de uma biblioteca como Ramda, você pode utilizar a programação funcional e colher os benefícios de desempenho da programação funcional ao usar o JavaScript.

#3. Elixir

Elixir é uma linguagem de programação funcional, simultânea e de uso geral, projetada para ser escalável, fácil de manter e também tolerante a falhas. A linguagem foi 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.

Sendo uma linguagem de programação funcional, Elixir incentiva a imutabilidade de estados e dados, o uso de funções puras ao escrever código e a transformação de dados.

Conceitos Chave em Programação Funcional

#1. Funções puras

A programação funcional faz uso extensivo de funções puras. As funções puras têm duas características principais. Primeiro, eles produzem a mesma saída para a mesma entrada, independentemente de quaisquer fatores externos, tornando-os determinísticos por natureza e, portanto, previsíveis.

Em segundo lugar, as funções puras não têm efeitos colaterais. Ou seja, eles não modificam de forma alguma o ambiente externo fora de seu escopo.

Alguns exemplos de funções puras incluem:

//function to calculate the square of a number
function square(x) {
    return x * x;
}

//function to add two variables
function add(a, b) {
    return a + b
}

As funções acima retornam a mesma saída para as mesmas entradas e não têm nenhum efeito colateral fora de seu escopo.

#2. Imutabilidade

Na programação funcional, os dados usados ​​são imutáveis. Isso significa que uma vez que as variáveis ​​tenham sido inicializadas, elas não podem ser modificadas. Isso garante a preservação do estado de uma variável ao longo do programa.

Caso queira fazer alguma modificação na variável ou realizar uma operação sobre ela, você pode criar uma nova variável para armazenar os dados atualizados sem alterar a variável inicial.

#3. Funções de ordem superior

Funções de ordem superior são funções que aceitam uma ou mais funções como argumentos e/ou retornam uma função.

As funções de ordem superior são úteis na programação funcional, pois permitem a combinação de várias funções para criar novas funções, permitem o uso de callbacks, permitem a abstração de padrões comuns em funções reutilizáveis ​​e, finalmente, as funções de ordem superior permitem a escrita de informações mais concisas e código expressivo.

Um exemplo de uma função de ordem superior é mostrado abaixo:

// A higher-order function which returns a function that multiplies
// a number by a given factor
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)); // Output: 10
console.log(triple(5)); // Output: 15
console.log(quadruple(5)); // Output: 20

#4. Recursão

Como a programação funcional depende de expressões em vez de instruções, as instruções de fluxo de controle, como loops for e while, são evitadas neste paradigma. Essas instruções de loop são, por sua vez, substituídas por recursão, que é o que é usado para realizar iterações na programação funcional.

A recursão envolve uma função chamando a si mesma repetidamente até que uma condição de saída seja atendida. Usando a recursão, um problema complexo é dividido em subproblemas menores e mais simples, que são resolvidos recursivamente até que um caso base seja alcançado, fornecendo uma solução para o problema complexo maior.

#5. Programação declarativa

A programação funcional é um subparadigma no paradigma de programação declarativa mais amplo, que abrange paradigmas de programação que se concentram em escrever código em termos do que precisa ser feito, em vez de declarar explicitamente como fazê-lo.

Nesse sentido, ao usar o paradigma de programação funcional, seu código deve descrever o que precisa ser alcançado ou o problema a ser resolvido.

Como isso será alcançado depende da linguagem de programação que você está usando. Isso ajuda a escrever um código mais conciso e facilmente legível.

#6. apátrida

A programação funcional enfatiza o código sem estado, onde o código não mantém um estado global que pode ser modificado por funções. Os resultados das funções dependem exclusivamente da entrada passada e não podem ser influenciados por dependências de outras partes do código.

As funções utilizadas não podem modificar um estado ou variável no programa que esteja fora de seu escopo.

#7. Execução Paralela

Como a programação funcional usa estados imutáveis, funções puras e dados imutáveis, ela permite a execução paralela de vários cálculos simultaneamente.

Como cada função só precisa lidar com uma determinada entrada sem se preocupar em incorrer em efeitos colaterais de outras partes de um programa, problemas complexos podem ser divididos em subproblemas menores e executados simultaneamente em paralelo, o que permite melhorar o desempenho e a eficiência.

Benefícios da Programação Funcional

Alguns dos benefícios da programação funcional incluem:

Menos erros de software

Além do fato de que o código que implementa o paradigma de programação funcional é mais legível e fácil de entender devido ao uso de funções puras, a programação funcional permite escrever código com menos erros.

Como a programação funcional trabalha com estados imutáveis, você nunca terá várias partes de um programa alterando o estado de uma variável ou de todo o programa. Isso, por sua vez, resulta em menos erros que poderiam ter surgido de dados sendo modificados de várias áreas 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 fazê-lo. Isso, juntamente com o uso de funções puras, resulta em um código autoexplicativo, mais fácil de ler e entender e fácil de manter.

Melhore a reutilização do código

Implementar a programação funcional requer quebrar problemas complexos em subproblemas menores e resolver esses problemas usando funções puras. Essas funções podem ser facilmente compostas e reutilizadas para resolver outros problemas complexos. Através do uso de funções puras e estados imutáveis, a programação funcional permite a escrita de código altamente reutilizável.

Teste e depuração mais fáceis

A programação funcional usa funções puras que não têm efeitos colaterais, dependem apenas de suas entradas e produzem saídas determinísticas consistentes para o mesmo conjunto de entradas.

Isso torna a programação funcional inerentemente fácil de testar e depurar, pois você não precisa rastrear uma variável e como ela muda em diferentes partes de um programa.

Como não há dependências na programação funcional, a depuração e o teste se tornam mais fáceis, pois você pode direcionar partes específicas de um programa.

Suporta simultaneidade e paralelismo

Como a programação funcional incentiva a ausência de estado e a imutabilidade dos dados, ela possibilita a execução segura de várias 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 com vários núcleos.

Como paradigma de programação, a programação funcional pode ajudar na escrita de código mais legível e de fácil compreensão, com menos erros e excelente suporte para 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

Embora a programação funcional tenha muito a oferecer, ela vem com uma curva de aprendizado que exige que os desenvolvedores invistam muito tempo e esforço para aprender a usar o paradigma. Isso ocorre porque introduz novas formas de estruturar o código e novos conceitos de programação.

A codificação usando programação funcional pode ser extremamente complexa e difícil, pois não usa recursos mais intuitivos, como loops for e while. Escrever programas recursivamente não é fácil.

Como resultado, os desenvolvedores podem demorar mais para dominar a programação funcional, especialmente quando provenientes de linguagens que usam estados mutáveis, como na programação orientada a objetos.

Outra limitação da programação funcional surge de seu princípio central de imutabilidade. Como os dados e os estados são mutáveis ​​e novas estruturas de dados são criadas em vez de modificar as existentes, isso resulta em programação funcional usando mais espaço de armazenamento. A natureza imutável da programação funcional também pode resultar em desempenho inferior em aplicativos.

Conclusão

Embora a programação funcional já exista há muito tempo, ela se tornou um paradigma de tendência nos últimos tempos. Por mais que possa ser um pouco difícil de entender, os desenvolvedores se beneficiam enormemente ao aprender sobre o paradigma e as diferentes maneiras pelas quais podem implementar a programação funcional ao escrever programas.

Como você não precisa usar linguagens de programação puramente funcionais, como Haskell, pode implementar conceitos de programação funcional em linguagens como Javascript, Java, Python e Kotlin e colher os benefícios da programação funcional em seus projetos.

Você também pode explorar alguns recursos para aprender Python para iniciantes.