O que é programação funcional?

Existem tantas linguagens de programação por aí que precisamos de algum tipo de classificação para elas. É claro que a comunidade tecnológica tem muitas classificações para eles, mas uma das mais utilizadas envolve paradigmas de programação.

Um paradigma de programação é basicamente uma forma de classificar linguagens dependendo de suas características. Assim, alguns paradigmas concentram-se nas implicações de seus modelos de execução, enquanto outros tratam mais das organizações do código ou dos estilos de sintaxe e gramática.

Existem vários paradigmas de programação, mas provavelmente o mais conhecido é a programação orientada a objetos. OOP é tão popular que as pessoas que têm uma relação muito tangencial com o mundo da programação certamente já ouviram falar dele.

O motivo dessa popularidade? OOP possui modularização para facilitar a solução de problemas, permite a reutilização de código por meio de herança, possui flexibilidade por meio de polimorfismo e é ótimo para solução de problemas. Algumas das maiores linguagens do mundo oferecem suporte à programação orientada a objetos, incluindo Java, C++, Python e JavaScript.

No entanto, OOP não é a melhor solução para todos os problemas de desenvolvimento. É precisamente aí que a programação funcional entra em ação.

O que é programação funcional?

A programação funcional é um paradigma através do qual os desenvolvedores escrevem programas usando uma combinação de funções puras, que são desenvolvidas de forma que não tenham efeitos colaterais (mais sobre isso mais tarde).

Se a palavra “funções” lembra matemática, é porque a programação funcional evoluiu do cálculo lambda, um sistema formal para expressar cálculos baseados na abstração de funções.

Vale a pena notar que a programação funcional faz parte de uma categoria de programação mais ampla chamada “programação declarativa” (em oposição à “programação imperativa”, que é o paradigma mais amplamente suportado na programação).

• A programação declarativa ocorre quando o código informa ao programa como será o resultado, sem dizer como chegar a esses resultados.
• A programação imperativa é quando o código diz ao programa exatamente o que fazer em todos os momentos (em outras palavras, o código fornece ao programa as instruções que ele precisa executar para alcançar um resultado específico).

De acordo com essa classificação, a programação funcional é declarativa porque utiliza funções matemáticas que não se importam com a forma como a linguagem ou programa executa a tarefa. No entanto, é importante mencionar que as linguagens mais populares costumam ser multiparadigmáticas. As poucas linguagens funcionais especializadas incluem Haskell, Scala e Ocaml.

Conceitos de Programação Funcional

Para realmente entender do que se trata a programação funcional, é importante definir alguns de seus conceitos-chave. Já mencionamos funções puras, mas também precisamos nos aprofundar em termos como “recursão” e “imutabilidade” para compreender completamente o que a programação funcional pode oferecer.

Funções Puras

Os programas funcionais não usam qualquer função, mas sim funções puras. Uma função matemática é considerada pura se atender a 2 critérios:

1. Possui transparência referencial, o que significa que uma entrada específica fornecerá sempre a mesma saída.
2. Não tem efeitos colaterais, o que significa que eles realizam ações que não estão relacionadas aos seus resultados (como manipular uma variável externa ou imprimir um valor).

As funções puras funcionam independentemente de tudo fora delas, especialmente dos estados. Isso significa que eles não dependem de variáveis ​​externas.

Recursão

Como a programação funcional usa funções puras (que não têm efeitos colaterais), ela não pode usar técnicas iterativas populares como os loops for ou while. Isso porque usá-los significaria usar estados mutáveis ​​– que são efeitos colaterais. Portanto, para realizar tarefas iterativas, as linguagens funcionais usam recursão.

Na recursão, uma função não precisa de estados porque emprega argumentos somente prontos e valores de retorno somente gravação. Assim, a recursão tem uma função executada repetidamente até atingir seu caso base.

Funções de primeira classe

Na programação funcional, funções de primeira classe podem ser usadas como qualquer outro valor. Em outras palavras, você pode usar funções de primeira classe para criar matrizes de funções, usá-las como argumentos para outras funções e até mesmo armazená-las em variáveis ​​para uso posterior. Isto é necessário para programas ensemble em programação funcional.

Funções de ordem superior

Funções de ordem superior também são essenciais para a construção de programas em programação funcional. Essas funções estão intimamente relacionadas às funções de primeira classe, pois ambas permitem funções como argumentos e resultados de outras funções. Mas elas não são iguais, porque funções de ordem superior usam pelo menos uma função de primeira classe como parâmetro (ou retornam uma função de primeira classe como resultado), enquanto funções de primeira classe são tratadas como variáveis ​​ou objetos.

Imutabilidade

A programação funcional depende de objetos imutáveis ​​para realizar tarefas. Um objeto imutável é aquele cujo estado não pode ser modificado após sua criação – ele permanecerá para sempre no estado em que você o construiu. O importante nisso é que objetos imutáveis ​​não geram efeitos colaterais (ou seja, não mudam de estado com o tempo). Por não apresentarem efeitos colaterais, são perfeitos para programação funcional.

A imutabilidade é crítica para a programação funcional porque torna o código simples, testável e pronto para sistemas multithread. Isso ocorre porque os objetos não mudam com o tempo, o que significa que você pode facilmente identificar aqueles que causam bugs ou usá-los em qualquer thread que desejar, sem ter que se preocupar em quebrar outros threads.

Benefícios da programação funcional

Mesmo quando a programação orientada a objetos é altamente popular, os desenvolvedores sabem que a programação funcional pode lhes proporcionar vantagens que nenhum outro paradigma poderia lhes proporcionar. Alguns dos mais notáveis ​​incluem:

Melhores práticas de programação

A programação funcional é muito rígida na forma como funciona, o que se traduz em diversas restrições que forçam os desenvolvedores a codificar de maneiras muito específicas. Em outras palavras, a programação funcional incentiva os engenheiros a adotarem boas práticas de programação, como usar modularidade ou construir programas com pequenos componentes.

Código limpo

Dado que a programação funcional combina funções puras que são componentes organizados que funcionam entre si, o código acaba sendo bastante limpo. Tudo faz exatamente o que precisa, o que, por sua vez, ajuda na organização da base de código.

Código modular

Mencionamos a modularidade como uma prática recomendada principalmente porque o código modular leva a pequenas funções que podem ser reutilizadas continuamente com a convicção de que não mudarão a forma como funcionam ou não serão afetadas por alterações em outras funções.

Programas robustos

Os programas funcionais podem ser mais robustos do que outras aplicações (principalmente do ponto de vista matemático). Isso ocorre porque os aplicativos funcionais não possuem tantas partes móveis (como variáveis ​​mutáveis ​​e estados ocultos) quanto outros aplicativos. Isso significa que os aplicativos funcionais são menos complexos, o que os torna mais eficientes.

Depuração fácil

Como os valores dos dados e das funções são imutáveis, você sempre saberá o que é o quê e quem faz o quê na programação funcional. Isso significa que você pode identificar facilmente o módulo responsável por quaisquer problemas que possa encontrar durante a depuração.

Eficiência computacional

O uso de funções permite distribuí-las por vários núcleos sem se preocupar com programas multithreading. Isso pode ajudá-lo a aproveitar o poder desses núcleos, o que, por sua vez, pode fornecer mais eficiência computacional para seus programas.

A melhor coisa sobre a programação funcional é que você não precisa abandonar outros paradigmas de programação para aproveitar todos esses benefícios. Isso porque os princípios funcionais estão presentes em muitas linguagens não funcionais, o que facilita o aproveitamento dessas vantagens. Claro, você sempre pode optar por uma linguagem puramente funcional para aumentar os benefícios, mas, na prática, é bastante inútil fazer isso.

Questões de programação funcional

Embora os defensores da programação funcional possam fazer você acreditar que se trata de um paradigma perfeito, a realidade é que ela apresenta alguns problemas. Em primeiro lugar, a programação funcional pura é muito difícil de encontrar na prática, principalmente porque os desenvolvedores muitas vezes têm que recorrer a outros paradigmas para que seus programas façam o que desejam. E então, há alguns outros problemas, incluindo:

Fácil de quebrar

A programação funcional é tão elaborada que os desenvolvedores precisam andar na ponta dos pés ao usá-la. Isso porque eles sempre precisam cumprir requisitos funcionais rígidos. Se não o fizerem, o aplicativo falha e não funciona.

O código pode ser difícil de ler

Embora a programação funcional ofereça código limpo e organizado, ela também funciona com um nível de abstração tão alto que pode ser muito difícil decifrar o que um código funcional está realmente tentando alcançar. Isso é especialmente verdadeiro para projetos que dependem muito de bibliotecas de programação funcional e sintaxe livre de pontos.

Curva de aprendizado íngreme

Como a programação funcional está profundamente enraizada na matemática, pode ser um desafio para os desenvolvedores não iniciados ter uma boa compreensão de suas convenções e práticas. Além disso, a programação funcional envolve terminologia altamente específica (como “funções puras” e “transparência referencial”) que requer muito estudo para ser totalmente compreendida.

Integração de funções complicada

Construir recursos específicos por meio de funções puras pode ser uma tarefa fácil, uma vez que você entenda como fazê-lo. Entretanto, integrar funções puras em uma aplicação maior é sempre um desafio. Isso ocorre porque você precisa descobrir maneiras pelas quais essas funções puras (sem efeitos colaterais) possam colaborar entre si para alcançar o resultado desejado (o que pode ser muito complicado, dada a relutância dos programas funcionais puros em trabalhar com componentes de E/S).

Falta de loops recursivos

Os loops while e for são tão populares por um motivo: eles simplificam bastante as tarefas iterativas. Mas como a programação funcional não os utiliza, os desenvolvedores têm que recorrer à recursão pura, o que muitas pessoas não consideram completamente natural.

Quando usar programação funcional

Como acontece com qualquer paradigma de programação, qualquer especialista dirá que você pode usar a programação funcional para praticamente tudo o que quiser. E isso é verdade até certo ponto! Na verdade, a programação funcional é tão rígida e seus programas são tão robustos que qualquer pessoa que trabalhe em um projeto com tolerância zero a bugs deveria utilizá-la. Indiscutivelmente, todos os projetos poderiam se beneficiar da melhor qualidade possível, mas usar a abordagem funcional também significa que a equipe de desenvolvimento leva muito tempo para acertar o aplicativo.

Diante do exposto, é importante escolher os projetos certos para usar a programação funcional. Dada a falta de tolerância a bugs, este paradigma é perfeito para sistemas para os quais um bug pode trazer consequências desastrosas, como sistemas de navegação ou plataformas financeiras.

De modo geral, a programação funcional é ótima para projetos que se enquadram em alguns dos seguintes grupos:

• Aplicativos que exigem a resolução de problemas matemáticos complexos
• Projetos com tarefas que necessitam processar linguagens nativas e formais (analisadores, DSLs, análise e geração de código)
• Sistemas que exigem altos níveis de simultaneidade e paralelismo
• Plataformas com estruturas de dados complexas
• Programação de fluxo de dados
• Projetos que exigem extrema precisão e correção

É importante dizer uma última coisa sobre o uso da programação funcional. Embora você possa definitivamente lidar com a maioria dos projetos com ele, você deve estudar a viabilidade de fazê-lo (mesmo para as tarefas mencionadas acima). Por que? Porque existem outros fatores que entram em jogo na seleção de um paradigma de programação, incluindo infraestrutura, bibliotecas e recursos, manutenção e desenvolvedores com conhecimento desse paradigma.