Смена парадигмы: функциональное
программирование в блокчейн-разработке

Что такое функциональное
программирование
и как оно возникло?

Функциональное программирование (ФП) — декларативная парадигма
программирования. Ее обычно противопоставляют более известной
альтернативе — императивной парадигме программирования, в частности —
объектно-ориентированному программированию (ООП). ФП — это подход
к разработке компьютерных программ, в котором основной инструмент —
математические функции. Причем речь идет о чистых функциях, чей результат
зависит исключительно от вводных данных.

День рождения человека —
пример чистой функции. Неважно,
в какой момент вы спросите
человека о дне его рождения,
ответ всегда будет один и тот же.

С другой стороны, возраст
человека не будет чистой
функцией. Время идет, а ответ
будет меняться в зависимости
от того, когда вы спросите.
Функция «возраст» меняет
значение из-за побочного
эффекта — хода времени.

Функциональное программирование построено на основе
лямбда-исчисления — формальной системы, изобретенной
американским математиком Алонзо Черчем
в 1930-х годах для исследования проблем вычислимости.

Алонзо Черч (1903‐1995)

Формальная система Черча основывается на двух принципах:

1. Все используемые функции — чистые и выдают один и тот же
результат для тех же вводных данных.
2. Каждая функция интерпретируется как «черный ящик». Мы не 
можем знать, что происходит внутри функции, и видим только
вводные данные и результат.

В лямбда-исчислении задействованы два основных типа сущностей:

1. Функции, которые для простоты обозначают греческой буквой 𝜆
(отсюда название). Буква лямбда — просто способ сказать
«функция» короче.
2. Аргументы, к которым применяются функции. Аргумент
может быть числом или даже другой функцией с собственными
аргументами.

Лямбда-исчисление оставалось набором теоретических идей и не было полностью
применимо к проблемам и ограничениям реального мира. Однако в 1958
информатик из MIT Джон МакКарти представил язык List Processing, также известный
как Lisp. Этот язык программирования происходил из лямбда-исчисления и обладал
многими свойствами функциональных языков программирования. Теперь Lisp
считается прародителем функциональных языков.

В чем разница между функциональным
программированием и другими стилями
программирования?

Самый прямой способ познакомиться с основными чертами функционального
программирования — сравнить декларативную парадигму с императивными
языками и, в частности, объектно-ориентированным программированием.

С точки зрения стиля программирования императивные программы — это
последовательности инструкций, которые ведут к желаемому результату. Программа
в декларативном стиле просто очень подробно говорит, какие результаты нужны.

Представьте, что нам нужно отправить бумажное письмо Альберту. Вот как
выглядели бы инструкции для машины в императивном стиле:

Звучит утомительно, но вполне понятно, если машина знает адрес Альберта и слова,
которые мы используем.

Аналогичное задание на функциональном языке выглядело бы как-то так:

Письмо  —  это запечатанный конверт с адресом Альберта с сообщением внутри.
Сообщение  —  это лист бумаги, на котором написан текст.
Текст: «Привет, Альберт».

Человеку такая инструкция может показаться странной и непоследовательной,
но компилятор, который будет переводить ваш код в машинный язык, знает функции
подписывания, запечатывания и всех остальных действий.

Объектно-ориентированное
программирование
объединяет данные и процедуры с ними в объекты. Функциональное программирование разграничивает данные и функции.

Объектно-ориентированное программирование объединяет данные и процедуры с ними
в объекты. Функциональное
программирование
разграничивает данные
и функции.

В объектно-ориентированном программировании вы работаете с объектами —
структурами данных, в которых есть вся нужная машине информация и процедуры,
которые нужно провести. В функциональном программировании вы работаете
с функциями — операциями над вводными данными вроде сложения или вычитания.
Важно, что эти операции никак не связаны с данными, к которым они применяются.

В объектно-ориентированном
программировании
посредством методов можно
присваивать новые значения
переменным. Функциональное
программирование
просто связывает вводные
данные с определенным
результатами. Значения
переменных объявляются
один раз и больше
не меняются.

В объектно-ориентированном программировании посредством методов можно присваивать новые значения переменным. Функциональное программирование просто связывает вводные данные с определенным результатами. Значения переменных объявляются один раз и больше не меняются.

И в ООП, и в ФП есть переменные. В ООП переменные по-настоящему переменные,
то есть их значение может меняться. В ФП переменные больше похожи на 
переменные в математике, где х это — просто имя для конкретного значения, как х=2.

Раз в ООП значения переменных могут меняться, машине нужно исполнять
инструкции в заданном порядке, чтобы получить желаемый результат.
Функциональные языки позволяют выполнять независящие друг от друга
инструкции в произвольном порядке, потому что значения переменных
не изменятся и не смогут таким образом повлиять на конечный результат.

В ООП процедуры могут
вызвать побочные эффекты в нелокальных переменных. В ФП функции, как правило, не имеют неожиданных
побочных эффектов.

В ООП процедуры могут вызвать побочные эффекты в нелокальных переменных. В ФП функции как правило не имеют неожиданных побочных эффектов.

Если бы инструкции из примера выше были выполнены в другом порядке,
запрограммированный робот мог бы взять пустой конверт и положить его
в ящик, не подписывая. Это было примером побочных эффектов. В функциональном
программировании не бывает побочных эффектов, если вы не заложите их 
в программу специально.

Почему блокчейн-проекты
используют функциональные языки
программирования?

Благодаря неизменяемости переменных в функциональных языках проще избежать
побочных эффектов, которые могут привести к уязвимостям и поломкам. Глядя на 
функциональный код, разработчик сразу увидит, что делает программа. Ему не нужно
брать во внимание контекст, в котором выполняется программа, потому что контекст
не повлияет на то, что делает функция. Кроме того, в функциональных языках чаще
всего заложены функции, которые упрощают создание распределенных систем.

Какие функциональные языки самые
популярные? Какие из них используются
в блокчейн-программировании?

Большинство современных языков программирования — мультипарадигменные.
У них есть свойства объектно-ориентированных языков, функциональных языков
и других парадигм. Среди чисто функциональных языков программирования самые
представленные — Haskell и Elm. Популярные функциональные языки с элементами
других парадигм: OCaml, Erlang, Elixir, Scala, F#, Clojure, Scheme.

Блокчейн-проекты используют некоторые функциональные языки для создания
блокчейн-протоколов и смарт-контрактов. Среди таких языков: Haskell, OCaml, Erlang,
Sophia и Elixir.

Что разработчику децентрализованных
приложений нужно знать
о функциональном программировании?

Людям, связанным с блокчейн-разработкой, будет полезно знать
основные принципы функционального программирования. Это поможет
написать лучший код на мультипарадигменных языках. Однако, чтобы понять
и правильно применить эти принципы, разработчику придется принять то,
что называют функциональным ходом мышления.

Другой важный момент — писать программы на функциональных языках безопаснее
из-за отсутствия побочных эффектов. Для математических
расчетов и распределенных вычислений функциональный код может быть короче,
чем аналоги на языках ООП. Кроме того, некоторые функциональные языки,
например, Erlang, позволяют разработчикам менять код «на ходу» без перезагрузки
или отключения системы.

Любому разработчику важно знать принципы и преимущества всех парадигм
программирования и понимать, какая из них подходит в каждом частном случае.
Преимущества функционального программирования подходят
для распределенных вычислений и систем с высокими требованиями к безопасности
и отказоустойчивости вроде телекоммуникационных и блокчейн-сетей.

Каковы перспективы функционального
программирования в блокчейне
и разработке децентрализованных
приложений?

Каждая из парадигм лучше подходит для решения определенных проблем, поэтому
самые продвинутые системы должны использовать разные языки для разных задач.
С другой стороны, настолько же вероятно, что блокчейн-программирование будет в 
большей степени опираться на мультипарадигменные языки.

Блокчейн-индустрия пока только начинает использовать преимущества
функциональных языков программирования. По мере становления этой ниши
больше проектов будут использовать такие языки для построения
распределенных сетей.