Парадигмы программирования - императивная и декларативная

Это серия статей о функциональном программировании:

1. Парадигмы программирования (рассматривается в этой статье)
2. Композиция
3. Функторы
4. Каррирование
5. Чистые функции
6. Функции первого класса

Парадигмы программирования

Парадигма программирования — это стиль или "способ" программирования. Поэтому некоторые языки заставляют нас писать в определенной парадигме. Другие языки оставляют варианты открытыми для программиста, где каждая парадигма следует набору понятий. За всю историю компьютерного программирования инженеры разработали разные языки. Каждый язык основывался на одной или нескольких парадигмах. Эти парадигмы принадлежат к одной из следующих двух основных категорий:

1. Императивная парадигма

В императивных языках программирования поток управления является явным, где программист инструктирует программу, как изменить ее состояние. В императивную парадигму также включается:

• Структурная парадигма
• Объектно-ориентированная парадигма

2. Декларативная парадигма

В декларативной парадигме поток управления является неявным, когда программист указывает программе, что следует делать, не указывая, как это должно быть сделано. В декларативную парадигму также включается:

• Функциональная парадигма
• Логическая парадигма
• Математическая парадигма
• Реактивная парадигма

Большинство языков принадлежат либо к императивной, либо к декларативной парадигме, где каждая парадигма имеет набор понятий, которым необходимо следовать. Рассмотрим подробнее каждую парадигму.

Императивная парадигма

Императивная парадигма немного изменилась из-за структурной парадигмы, но у нее все еще есть проблемы:

• Указание программе, как что-то делать (поток управления является явным)
• Общее состояние

Чтобы понять эти проблемы рассмотрим примеры.

Проблема 1: Указание программе, как что-то делать (поток управления является явным)

Кейс: представьте себе 1000 сотрудников с руководителем, который ведет их по проекту. Руководитель начинает рассказывать 1000 сотрудников, как делать вещи одну за другой. Как вы думаете, насколько это будет плохо? Я почти уверен, что вы видите, что этот стиль управления на микроуровне имеет большие риски, ловушки и даже не сработает. Решение: Сгруппировать людей по зонам ответственности и делегировать в каждую группу руководителя группы. Руководитель каждой группы должен знать, как делать что-то для достижении цели. Это значительно уменьшит сложность, узкие места и станет намного проще в управлении. В этой аналогии

• Руководитель = Программист
• Руководители групп = Функции более высокого уровня
• Сотрудники в каждой группе = Строки кода

Вывод: когда мы применяем организационную структуру более высокого порядка на программном уровне, наша жизнь становится проще.

Проблема 2: Общее состояние

Кейс: Представьте отца, у которого двое детей. У них есть общий банковский счет. Каждый месяц отец кладет на этот счет 1000 долларов. Оба ребенка не знают, что учетная запись используется совместно. Таким образом, они оба думают, что у каждого есть 1000 долларов, которые он может потратить на себя. В конце месяца оказывается, что на этом счету осталось -1000 долларов. Решение: У каждого ребенка должна быть отдельная учетная запись и указанная ежемесячная сумма. В этой аналогии:

• Дети = Функции
• Общий банковский счет = общее состояние

Вывод: Когда ваши функции имеют одно и то же состояние, они используют его неосознанно. Это испортит состояние вашей программы даже с двумя функциями. Так что всегда лучше, чтобы каждая функция имела собственное независимое состояние для использования.

Пример императивной парадигмы

Давайте посмотрим, как функция для суммирования может быть реализована в императивной парадигме.

const sum = (list) => {
  let result = 0
  for (let i = 0; i < list.length; i++) {
    result += list[i]
  }
  return result
}

Почему этот код считается императивным?

1. Указание программе, как что-то делать (поток управления является явным): мы явно сообщаем циклу for, как работать. Также мы обращаемся к каждому элементу в массиве явно.
2. Совместное состояние: результирующая переменная является общим состоянием, изменяющимся на каждой итерации (с общим состоянием в более крупных решениях будет гораздо сложнее справиться).

Декларативная парадигма

Декларативная парадигма — это когда программист указывает программе, что должно быть сделано, не указывая, как. В декларативной парадигме мы пишем функции, которые:

• Описывают, что должна выполнять программа, а не как (неявный поток управления).
• Не производят побочных эффектов (о которых мы поговорим позже).

Пример декларативной парадигмы

Мы увидели, как функция sum может быть реализована в императивной парадигме. Давайте посмотрим, как ее можно реализовать декларативно.

const add = (a, b) => a + b
const sum = (list) => list.reduce(add)

Похоже на магию? Но почему это считается декларативным?

• Описано, что программа должна выполнять, а не как (неявный поток управления): нет явного итератора, нет явного указания циклу, как работать или как получить доступ к элементам. Это было достигнуто с помощью метода reduce.
• Не производит побочных эффектов: общее состояние — это форма побочных эффектов, которая была полностью устранена с помощью метода reduce и функции add.

Еще одно сравнение

Что, если мы хотим суммировать только четные числа? Разберем эту задачу на примерах в разных парадигмах.

Императивная реализация

const evenSum = (list) => {
  let result = 0
  for (let i = 0; i < list.length; i++){
    if(list[i] % 2 === 0) {
      result += list[i]
    }
  }
  return result
}

Декларативная реализация

const evenSum = (list) => {    
  const isEven = (n) => n % 2
  const add = (a, b) => a + b
  return list.filter(isEven).reduce(add)
}

Как видим, если мы хотим сравнить обе парадигмы (императивную и декларативную), то декларативная парадигма (в нашем случае Функциональная парадигма) больше похожа на шестеренки. Вы разрабатываете свои шестеренки как отдельные единицы, затем добавляете их туда, где они вам нужны. Но в императивной парадигме это больше похоже на тесто. Почти все смешано и слито в один и тот же кусок код. В целом декларативная парадигма — это:

• Предсказуемость
• Тестируемость
• Многоразовость
• Настраиваемость
• Кэшируемость
• Поддерживаемость
• Компонуемость

Некоторые из этих моментов не обязательно имеют смысл в контексте примера с функцией sum, но будут иметь смысл в следующих статьях о функциональном программировании.

Эволюция парадигм

Итак, у нас есть 2 основные парадигмы: императивная и декларативная, каждая из которых имеет подпарадигмы. Теперь поговорим подробнее о структурной, объектно-ориентированной и функциональной парадигмах. с эволюционной точки зрения. Каждая парадигма ограничивала способ программирования, вводя что-то новое.

• Структурная парадигма: ограниченное использование goto и «потока передачи управления» за счет введения в наш код такой структуры, как if/else/then/loop и других. Другими словами, он ограничивает поток передачи управления.
• Объектно-ориентированная парадигма: ограничение полиморфизма с использованием указателей на функции за счет введения полиморфизма с использованием наследования.
• Функциональная парадигма: ограничения общего состояния и побочные эффекты за счет введения иммутабельности.

Имейте в виду, что каждая парадигма может использовать одну или несколько концепций других парадигм (например, как объектно-ориентированная, так и функциональная парадигмы используют концепции структурной парадигмы).

Итоги

В реальной жизни у нас разные парадигмы с разными стилями, которые требуют разного уровня мастерства. Практика большего количества парадигм даст вам больше возможностей. У объектно-ориентированной парадигмы есть свои особенности, у функционального программирования - свои. Чем сильнее вы становитесь в этих парадигмах, тем мощнее будут ваши решения.

Существует множество способов структурировать код так, чтобы он был читабельным, и у каждого свой подход к этому. Возникает вопрос, есть ли лучший способ сделать это? Мы поговорим о лучших практиках:

• Организация каталога
• Компоненты и разделение ответственности
• Работа с состояниями
• Абстракция
• Соглашения об именовании

1. Организация каталогов

В документации React упоминается, что в целом существует два основных способа организации вашего приложения React: Группировка по функциям или маршрутам и Группировка по типу файлов. Главное здесь - не перемудрить. Если вы начинаете с небольшого приложения, вы можете органично организовать свой код по ходу работы так, как вам удобно. Помните, что React не имеет собственной жесткой структуры, поэтому на 100% зависит от вас, как все будет структурировано. Если у вас есть логическое объяснение тому, как организованы файлы, то все хорошо. Однако, поскольку в документации React упоминаются эти две стратегии организации, давайте рассмотрим каждую из них, чтобы понять, как они структурированы. Допустим, у нас есть приложение для электронной коммерции, в котором есть пользователь, список товаров, подробная страница товара, корзина и процесс оформления заказа.

Группировка по функциям

Корневой каталог здесь - это каталог src, который является одним из двух базовых каталогов в вашем приложении React (второй - папка public). В каталоге src у нас будут основные файлы App.js и index.js в корне папки. Затем у нас будут вложенные каталоги для каждой из функций вашего приложения. Ваш подход к структуре может варьироваться в зависимости от того, как все организовано: в проекте может быть больше каталогов, меньше каталогов или даже более глубокая вложенность на компоненты, стилизацию и тестирование.

src/
  App.js
  App.css
  App.test.js
  index.js
  global/ <= общие для всего приложения сущности
    AppContext.js
    ThemeContext.js
    UserContext.js
    Button.js
  cards/
    index.js
    Cards.css
    Cards.js
    Card.css
    Card.js
    Card.test.js
  detailed-product/
    DetailedProduct.css
    DetailedProduct.js
    DetailedProduct.test.js
  checkout/
    ReviewOrder.css
    ReviewOrder.js
    ReviewOrder.test.js
    ShoppingCart.css
    ShoppingCart.js
    ShoppingCart.test.js
  user/
    index.js
    User.css
    User.js
    User.test.js

Группировка по типу файлов

Корневой каталог по-прежнему является каталогом src. Все, что будет отображаться на экране клиента, по-прежнему находится в этой папке. Как и раньше, мы будем хранить файлы App.js и index.js в корне этого каталога, а затем каталоги, представляющие составные части приложения: компоненты, контекст, CSS, хуки и тесты.

src/
  App.js
  index.js
  components/
    App.css
    Card.js
    Cards.js
    ConfirmationPage.js
    DetailedProduct.js
    Footer.js
    Navbar.js
    ReviewOrder.js
    Settings.js
    ShoppingCart.js
    User.js
  context/
    AppContext.js
    ThemeContext.js
    UserContext.js
  css/
    Card.css
    Cards.css
    ConfirmationPage.css
    DetailedProduct.css
    Footer.css
    Navbar.css
    ReviewOrder.css
    Settings.css
    ShoppingCart.css
    User.css
  hooks/
    useAuth.js
    useAxios.js
  tests/
    App.test.js
    Card.test.js
    Cards.test.js
    ConfirmationPage.test.js
    DetailedProduct.test.js
    Footer.test.js
    Navbar.test.js
    ReviewOrder.test.js
    Settings.test.js
    ShoppingCart.test.js
    User.test.js

Как и прежде, способ настройки проекта зависит от вашего приложения и от того, как вы хотите его реализовать. Основная структура здесь зависит от типа файла и не более того. В конечном итоге структура вашего файла должна быть сделана так, чтобы в ней было легко ориентироваться. Как вы это сделаете, зависит только от вас. О других вариантах структурирования React приложения читайте в:

• Архитектура современного React приложения
• Структура React приложения

2. Компоненты и разделение ответственности

До появления React Hooks было довольно легко определить, что считается компонентом класса с состоянием, а что - презентационным функциональным компонентом. Некоторые разработчики также называли их "умными" компонентами и "глупыми" компонентами. Разумеется, умные компоненты - это те, которые несут состояние и обрабатывают логику, а глупые компоненты - это те, которые просто принимают передаваемые им пропсы. После появления React Hooks и обновления Context API почти все можно считать функциональным компонентом, что приводит к разговору о том, когда следует разделять компоненты, содержащие локальное состояние, и компоненты, которые его не содержат, и как это делать. В конечном счете, это зависит от вас и/или вашей команды, как построить ваш паттерн проектирования, но лучшая практика показывает, что логика и компоненты с локальным состоянием должны быть отделены от статических компонентов. Подробнее о разделении ответственности читайте в статье Разделение ответственности в React. Как использовать контейнерные и презентационные компоненты..

3. Работа с состоянием и пропсами

Поток данных в React-приложении очень важен. Есть два способа работы с данными: использование состояния или передача состояния в виде пропсов. Давайте рассмотрим лучшие практики.

Состояние

При работе с состоянием, будь то глобально в контекстном API или локально, его нельзя изменять напрямую, переназначая свойство state с новым значением:

addOne = () => { // Так обновлять состояние нельзя
  this.state.counter += 1;
}

Вместо этого при работе с состоянием в классовых компонентах используйте метод this.setState() для обновления состояния.

import React from "react";
import "./styles.css";
class Counter extends React.Component{
 constructor(props) {
   super(props);
   this.state = {
     counter: 0
   }
 }
 addOne = () => {
   this.setState({counter: this.state.counter + 1})
 }
 subtractOne = () => {
   this.setState({counter: this.state.counter - 1});
 }
 reset = () => {
   this.setState({ counter: 0 });
 }
 render() {
   return (
     <div className="App">
       <h1>Simple React Counter</h1>
       <h2>{this.state.counter}</h2>
       <button onClick={this.addOne}> + </button>
       <button onClick={this.reset}> Reset </button>
       <button onClick={this.subtractOne}> - </button>
     </div>
   );
 }
}
export default Counter;

При использовании React Hooks вы будете использовать любое название своего set метода:

import React, { useState } from "react";
import "./styles.css";
export default function App() {
 const [ counter, setCounter ] = useState(0);
 const addOne = () => {
   setCounter(counter + 1)
 }
 const subtractOne = () => {
   setCounter(counter - 1);
 }
 const reset = () => {
   setCounter(0);
 }
   return (
     <div className="App">
       <h1>Simple React Counter</h1>
       <h2>{counter}</h2>
       <button onClick={subtractOne}> - </button>
       <button onClick={reset}> Reset </button>
       <button onClick={addOne}> + </button>
     </div>
   );
}

Пропсы

При работе с пропсами и передаче состояния другим компонентам для использования, может наступить момент, когда вам потребуется передать пропсы пяти дочерним компонентам. Такой метод передачи пропсов от родителя к ребенку на протяжении нескольких поколений называется prop drilling, и его следует избегать. Хотя код, безусловно, будет работать, если вы будете передавать проп на много уровней вниз, он подвержен ошибкам, и поток данных может быть трудно отслеживать. Вам следует создать какой-либо паттерн проектирования для глобального управления состоянием с помощью Redux или Context API (Context API в настоящее время является более простым и предпочтительным способом). Подробнее о вариантах передачи данных между реакт компонентами читайте в статье Как передавать данные между компонентами в ReactJS

4. Абстракция

React процветает благодаря возможности повторного использования. Когда мы говорим о лучших практиках React, часто встречается термин абстракция. Абстракция означает, что есть части большого компонента или приложения, которые могут быть изъяты, превращены в собственный функциональный компонент, а затем импортированы в более крупный компонент. Если сделать компонент как можно проще, часто так, чтобы он служил только одной цели, это увеличивает шансы на многократное использование кода. В простом приложении счетчика, созданном выше, есть возможность абстрагировать некоторые элементы от компонента App. Кнопки могут быть абстрагированы в собственный компонент, где мы передаем метод и метку кнопки в качестве пропсов. Заголовок и название приложения также могут быть размещены в собственных компонентах. После того как мы абстрагировали все элементы, компонент App может выглядеть примерно так:

import React, { useState } from "react";
import { Button } from "./Button";
import { Display } from "./Display";
import { Header } from "./Header";
import "./styles.css";

export default function App() {
  const addOne = () => {
   setCounter(counter + 1)
 }
 const subtractOne = () => {
   setCounter(counter - 1);
 }
 const reset = () => {
   setCounter(0);
 }
 const initialState = [
   {operation: subtractOne, buttonLabel:"-"},
   {operation: reset, buttonLabel: "reset"},
   {operation: addOne, buttonLabel: "+"}
 ]
 const [ counter, setCounter ] = useState(0);
 const [ buttonContents,  ] = useState(initialState)
    return (
     <div className="App">
       <Header header="Simple React Counter"/>
       <Display counter={counter}/>
       {buttonContents.map(button => {
         return (
           <Button key={button.operation + button.buttonLabel} operation={button.operation} buttonLabel={button.buttonLabel} />
         )
       })}
     </div>
   );
}

Основная цель абстракции - сделать дочерние компоненты как можно более общими, чтобы их можно было использовать повторно в любом нужном вам виде. App-компонент должен содержать только ту информацию, которая специфична для приложения, и выводить или возвращать только более мелкие компоненты.

5. Соглашения об именовании

В React есть три основных соглашения об именовании, которые следует рассматривать как лучшие практики.

1. Компоненты должны быть написаны в PascalCase - а также и названы по их основной функциональности, а не по специфике приложения (на случай, если вы измените ее позже).
2. Элементы, которым нужны ключи, должны быть уникальными, неслучайными идентификаторами (например, отдельные карты или записи в карточной колоде или списке). Лучшая практика - не использовать для ключей только индексы. Допустимо назначение ключа, состоящего из конкатенации двух различных свойств объекта.

Основная цель ключа - хранить базовую информацию, чтобы React мог получить представление о том, что изменилось в приложении.

key={button.operation + button.buttonLabel}

3. Методы должны быть в camelCase и называться по их назначению, а не быть специфичными для приложения. По тем же причинам, что и компоненты в PascalCase, методы должны быть названы по их назначению, а не по их особенности в приложении.

Итоги

В этой статье мы рассмотрели пять лучших практик, которые следует применять при разработке на React. Во многих случаях речь идет о том, что подходит вам и вашей команде, а не о том, что конкретно считается "лучшей практикой". Именно разработчики, которые впоследствии будут редактировать и читать ваш код, должны будут уметь расшифровывать и улучшать ваш проект.