¿Qué es la programación funcional?

Existen tantos lenguajes de programación que necesitamos algún tipo de clasificación para ellos. Por supuesto, la comunidad tecnológica tiene muchas clasificaciones para ellos, pero una de las más utilizadas tiene que ver con los paradigmas de programación.

Un paradigma de programación es básicamente una forma de clasificar los lenguajes en función de sus características. Así, algunos paradigmas se centran en las implicaciones de sus modelos de ejecución, mientras que otros se ocupan más de las organizaciones del código o de los estilos de sintaxis y gramática.

Existen varios paradigmas de programación, pero probablemente el más conocido sea la programación orientada a objetos. La POO es tan popular que la gente que tiene una relación muy tangencial con el mundo de la programación seguro que ha oído hablar de ella.

¿La razón de esta popularidad? La programación orientada a objetos tiene modularización para una fácil resolución de problemas, permite la reutilización de código mediante herencia, tiene flexibilidad mediante polimorfismo y es excelente para resolver problemas. Algunos de los lenguajes más importantes del mundo admiten programación orientada a objetos, incluidos Java, C++, Python y JavaScript.

Sin embargo, la programación orientada a objetos no es la mejor solución para todos los problemas de desarrollo. Aquí es precisamente donde entra en juego la programación funcional.

¿Qué es la programación funcional?

La programación funcional es un paradigma mediante el cual los desarrolladores escriben programas utilizando una combinación de funciones puras, que están diseñadas de tal manera que no tienen efectos secundarios (más sobre esto más adelante).

Si la palabra “funciones” te recuerda a las matemáticas es porque la programación funcional evolucionó a partir del cálculo lambda, un sistema formal para expresar cálculos basado en la abstracción de funciones.

Vale la pena señalar que la programación funcional es parte de una categoría de programación más amplia llamada "programación declarativa" (a diferencia de la "programación imperativa", que es el paradigma de programación más ampliamente respaldado).

• La programación declarativa ocurre cuando el código le dice al programa cuál será el resultado, sin decirle cómo lograr esos resultados.
• La programación imperativa es cuando el código le dice al programa exactamente qué hacer en cada momento (en otras palabras, el código le da al programa las instrucciones que necesita ejecutar para lograr un resultado específico).

Según esta clasificación, la programación funcional es declarativa porque utiliza funciones matemáticas a las que no les importa cómo el lenguaje o programa realiza la tarea. Sin embargo, es importante mencionar que los lenguajes más populares suelen ser multiparadigma. Los pocos lenguajes funcionales especializados incluyen Haskell, Scala y Ocaml.

Conceptos de programación funcional

Para entender realmente de qué se trata la programación funcional, es importante definir algunos de sus conceptos clave. Ya hemos mencionado funciones puras, pero también debemos profundizar en términos como "recursión" e "inmutabilidad" para comprender completamente lo que puede ofrecer la programación funcional.

Funciones puras

Los programas funcionales no utilizan una función cualquiera, sino funciones puras. Una función matemática se considera pura si cumple 2 criterios:

1. Tiene transparencia referencial, lo que significa que una entrada específica siempre proporcionará la misma salida.
2. No tienen efectos secundarios, lo que significa que realizan acciones que no están relacionadas con sus resultados (como manipular una variable externa o imprimir un valor).

Las funciones puras funcionan independientemente de todo lo que está fuera de ellas, especialmente los estados. Esto significa que no dependen de variables externas.

recursividad

Debido a que la programación funcional utiliza funciones puras (que no tienen efectos secundarios), no puede utilizar técnicas iterativas populares como los bucles for o while. Esto se debe a que usarlos significaría utilizar estados mutables, que son efectos secundarios. Por tanto, para realizar tareas iterativas, los lenguajes funcionales utilizan la recursividad.

En recursividad, una función no necesita estados porque emplea argumentos de solo preparación y valores de retorno de solo escritura. Por lo tanto, la recursividad hace que una función se ejecute repetidamente hasta que alcanza su caso base.

Funciones de primera clase

En programación funcional, las funciones de primera clase se pueden utilizar como cualquier otro valor. En otras palabras, puede utilizar funciones de primera clase para crear matrices de funciones, utilizarlas como argumentos para otras funciones e incluso almacenarlas en variables para su uso posterior. Esto es necesario para programas de conjunto en programación funcional.

Funciones de orden superior

Las funciones de orden superior también son esenciales para crear programas en programación funcional. Estas funciones están estrechamente relacionadas con las funciones de primera clase en el sentido de que ambas permiten funciones como argumentos y resultados de otras funciones. Pero no son lo mismo, porque las funciones de orden superior toman al menos una función de primera clase como parámetro (o devuelven una función de primera clase como resultado), mientras que las funciones de primera clase se tratan como variables u objetos.

Inmutabilidad

La programación funcional se basa en objetos inmutables para realizar tareas. Un objeto inmutable es aquel cuyo estado no se puede modificar después de su creación; permanecerá para siempre en el estado en el que lo construyó. Lo importante de esto es que los objetos inmutables no generan efectos secundarios (es decir, no cambian de estado con el tiempo). Al no tener efectos secundarios, son perfectos para la programación funcional.

La inmutabilidad es fundamental para la programación funcional porque hace que el código sea simple, comprobable y listo para sistemas multiproceso. Esto se debe a que los objetos no cambian con el tiempo, lo que significa que puede identificar fácilmente los que causan errores o usarlos en cualquier subproceso que desee sin tener que preocuparse por romper otros subprocesos.

Beneficios de la programación funcional

Incluso cuando la programación orientada a objetos es muy popular, los desarrolladores saben que la programación funcional puede brindarles ventajas que ningún otro paradigma podría brindarles. Algunos de los más notables incluyen:

Mejores prácticas de programación

La programación funcional es muy rígida en su forma de funcionar, lo que se traduce en una serie de restricciones que obligan a los desarrolladores a codificar de formas muy específicas. En otras palabras, la programación funcional anima a los ingenieros a adoptar buenas prácticas de programación, como utilizar la modularidad o crear programas con componentes pequeños.

código limpio

Dado que la programación funcional combina funciones puras que son componentes organizados que funcionan entre sí, el código termina siendo bastante limpio. Todo hace exactamente lo que tiene que hacer, lo que a su vez ayuda a organizar el código base.

código modular

Mencionamos la modularidad como una mejor práctica principalmente porque el código modular conduce a pequeñas funciones que se pueden reutilizar una y otra vez con la creencia de que no cambiarán su funcionamiento o no se verán afectadas por cambios en otras funciones.

Programas robustos

Los programas funcionales pueden ser más robustos que otras aplicaciones (especialmente desde un punto de vista matemático). Esto se debe a que las aplicaciones funcionales no tienen tantas partes móviles (como variables mutables y estados ocultos) como otras aplicaciones. Esto significa que las aplicaciones funcionales son menos complejas, lo que las hace más eficientes.

Fácil depuración

Debido a que los datos y los valores de las funciones son inmutables, siempre sabrá qué es qué y quién hace qué en la programación funcional. Esto significa que puede identificar fácilmente el módulo responsable de cualquier problema que pueda encontrar durante la depuración.

Eficiencia computacional

El uso de funciones le permite distribuirlas en varios núcleos sin preocuparse por los programas multiproceso. Esto puede ayudarle a aprovechar el poder de estos núcleos, lo que a su vez puede proporcionar una mayor eficiencia computacional para sus programas.

Lo mejor de la programación funcional es que no es necesario abandonar otros paradigmas de programación para disfrutar de todos estos beneficios. Esto se debe a que los principios funcionales están presentes en muchos lenguajes no funcionales, lo que facilita el aprovechamiento de estas ventajas. Por supuesto, siempre se puede optar por un lenguaje puramente funcional para aumentar los beneficios, pero en la práctica no tiene sentido hacerlo.

Preguntas de programación funcional

Aunque los defensores de la programación funcional puedan hacerle creer que es un paradigma perfecto, la realidad es que tiene algunos problemas. En primer lugar, la programación funcional pura es muy difícil de encontrar en la práctica, principalmente porque los desarrolladores a menudo tienen que recurrir a otros paradigmas para conseguir que sus programas hagan lo que quieren. Y luego, hay algunos otros problemas, que incluyen:

fácil de romper

La programación funcional es tan elaborada que los desarrolladores tienen que andar de puntillas cuando la utilizan. Esto se debe a que siempre deben cumplir estrictos requisitos funcionales. Si no lo hacen, la aplicación falla y no funciona.

El código puede ser difícil de leer

Aunque la programación funcional ofrece un código limpio y organizado, también funciona a un nivel de abstracción tan alto que puede resultar muy difícil descifrar lo que realmente intenta lograr un código funcional. Esto es especialmente cierto para proyectos que dependen en gran medida de bibliotecas de programación funcionales y sintaxis sin puntos.

Curva de aprendizaje pronunciada

Debido a que la programación funcional está profundamente arraigada en las matemáticas, puede resultar difícil para los desarrolladores no iniciados comprender bien sus convenciones y prácticas. Además, la programación funcional implica terminología muy específica (como "funciones puras" y "transparencia referencial") que requiere mucho estudio para comprenderla completamente.

Integración de funciones complicada

Crear características específicas a través de funciones puras puede ser una tarea fácil una vez que comprendas cómo hacerlo. Sin embargo, integrar funciones puras en una aplicación más grande siempre es un desafío. Esto se debe a que es necesario descubrir formas en las que estas funciones puras (sin efectos secundarios) puedan colaborar entre sí para lograr el resultado deseado (lo cual puede ser muy complicado, dada la renuencia de los programas puramente funcionales a trabajar con componentes de E/S). ).

Falta de bucles recursivos

Los bucles while y for son tan populares por una razón: simplifican enormemente las tareas iterativas. Pero como la programación funcional no los utiliza, los desarrolladores tienen que recurrir a la recursividad pura, lo que mucha gente no considera completamente natural.

Cuándo utilizar la programación funcional

Como ocurre con cualquier paradigma de programación, cualquier experto le dirá que puede utilizar la programación funcional para prácticamente cualquier cosa que desee. ¡Y esto es cierto hasta cierto punto! De hecho, la programación funcional es tan rígida y sus programas tan robustos que cualquiera que trabaje en un proyecto con tolerancia cero a errores debería utilizarla. Podría decirse que todos los proyectos podrían beneficiarse de la mejor calidad posible, pero utilizar el enfoque funcional también significa que el equipo de desarrollo necesita mucho tiempo para lograr la aplicación correcta.

Teniendo en cuenta lo anterior, es importante elegir los proyectos adecuados para utilizar la programación funcional. Dada la falta de tolerancia a errores, este paradigma es perfecto para sistemas en los que un error podría tener consecuencias desastrosas, como los sistemas de navegación o las plataformas financieras.

En términos generales, la programación funcional es excelente para proyectos que se clasifican en algunos de los siguientes grupos:

• Aplicaciones que requieren la resolución de problemas matemáticos complejos
• Proyectos con tareas que necesitan procesar lenguajes nativos y formales (analizadores, DSL, análisis y generación de código)
• Sistemas que requieren altos niveles de concurrencia y paralelismo
• Plataformas con estructuras de datos complejas
• Programación de flujo de datos
• Proyectos que requieren extrema precisión y corrección

Es importante decir una última cosa sobre el uso de la programación funcional. Si bien definitivamente puedes manejar la mayoría de los proyectos con él, debes estudiar la viabilidad de hacerlo (incluso para las tareas mencionadas anteriormente). ¿Por qué? Porque hay otros factores que entran en juego a la hora de seleccionar un paradigma de programación, incluida la infraestructura, las bibliotecas y recursos, el mantenimiento y los desarrolladores con conocimiento de ese paradigma.