Книга «Grokking Simplicity» — отличное введение в функциональное программирование

Только вот недавно закончил чтение книги Grokking Simplicity: Taming complex software with functional thinking. Очень советую ее прочитать всем. Это одна из тех книг, которые относятся к категории концептуальных книг.

Как известно, «к вершине Фудзи ведет множество троп«. Так и функциональное программирование и функциональный подход можно освоить разными способами. За последние 10 лет на эту тему было опубликовано множество книг, недостатка в информаци не было, но вот для меня в этих книгах отсутствовала подача фундаментальных концепций. На словах было понятно, что функциональное программирование это интересно, и молодежно. Но в чем именно заключался «профит» от него — в книгах это разъяснение отсуствовало. Во всяком случае, мне такие книги не попадались. Если вам удалось найти такую книгу, пишите советуйте в комментах. Непременно почитаю.

И вот наконец, появилась книга, которая очень подробно излагает на примерах концепции и идеи функционального программирования. Мне понравилось то, что в книге концепции эти подаются очень взвешенно, постепенно и подробно (может быть даже излишне подробно?) объясняются с помощью иллюстраций, схем и кода.

Данная заметка может превратиться в пересказ книги, если я начну глубоко копать. Поэтому приведу лишь несколько примеров отличных идей, изложенных в книге.

Для примеров используется код, написанный на JavaScript. Автор выбрал именно этот язык, потому что а) его практически все программисты знают, а те, кто не знает, легко его поймут; б) в нем отсутствуют многие инструменты функционального программирования, которые присутствуют в других языках уже изначально. Поэтому из главы в главу постепенно вместе с автором мы создаем инструменты-элементы функциональных программ, которые в других языках мы получаем «из коробки». Автор считает что, так мы лучше понимаем, как эти элементарные инструменты работают изнутри, и понимаем их предназначение.

Actions, Computations, Data

Первая идея автора: весь код в программах делится на действия (actions), вычисления (computations) и данные (data).

Вычисления — это по сути чистые функции (pure functions). Их выполнение не вносит никаких побочных изменений (side effects), а при выполнении в любое время с одними и теми же исходными аргументами мы всегда получаем один и тот же результат.

Действия — это функции с побочными эффектами. Когда мы вызываем функцию sendEmail, происходит отправка почтового сообщения. Вызываем функцию — saveUser, происходит запись в базу данных.

Данные — это статические элементы, которые не меняются. Над данными производятся вычисления и действия. Из исходных данных получаются либо новые данные (если это вычисления), либо данные изменяются (если это действия).

Невозможно написать программу, которая не будет производить вообще никаких изменений (ну разве что, если это чисто вычислительная задача). Чем крупнее задача, тем сложнее ее код. Тем труднее его читать и понимать что в данный момент произойдет, если данный конкретный участок кода будет выполнен.

Мы, как серьезные программисты, должны постоянно стремиться к уменьшению сложности (reducing complexity) программной системы, и упрощения чтения кода. Конкретно же задача уменьшения сложности состоит в том, чтобы как можно больше и сильнее разделить вычисления и действия, как можно больше вычленить из действий вычисления в написанном коде, и не позволять смешивать их друг с другом при написании нового кода. Чем больше в вашем коде будет чистых функций, тем легче вам (и другим программистам) будет судить о коде, так как как при исполнении кода чистых функций совершенно понятно, что вычисляется только результат, и ничего больше не изменяется: не вносятся никакие изменения в аргументы, не меняются глобальные переменные, не вызываются никакие сторонние процедуры.

Stratified Design

В следующих главах книги автор представляет идею слоистого дизайна (stratified design). Вкратце, идея заключается в том, чтобы разделить код на слои. Разделить слой более общих абстракций (манипуляции с корзиной, товарами, ценами) от конкретных технических деталей — слоя, где все эти манипуляции переводятся в работу со структурами данных: массивами, хэш-таблицами, циклами и т.д.

Copy-on-write

Разделяя код на actions и computations мы в конце концов достигнем предела. У нас все равно останутся в программе процедуры, которые являются действиями (actions). И их может быть достаточно много, как не выделяй из них вычисления (computations). Так вот в следующих главах автор приводит приёмы, с помощью которых действия (actions) можно превратить в вычисления (computations).

Посудите сами, если наше действие не меняет переданных ему исходных данных (массив, список, хэш-таблицу, объект) , то оно по сути является вычислением (computation). Так нас автор подводит к идеям «copy-on-write» и «defensive copying». С их помощью все наши структуры данных становятся неизменяемыми (immutable data structures). Мы просто делаем копию с этих данных и возвращаем из процедуры копию с изменениями, а исходная структура остается неизменной. Здесь же автор нам подробно расскажет о том, чем shallow copying отличается от deep copying.

Инструменты функционального программирования

Все вышеизложенные идеи применимы и в обычном программировании, скажем — структурном или объектно-ориентированном. Но цель автора была подготовить нас к функциональному программированию. Поэтому в следующих главах он подробно излагает инструменты функционального программирования, которые позволяют нам писать код в функциональном стиле, при этом оставаясь в рамках чистых функций, вычислений, computations и неизменяемых data.

Представлены основные инструменты функционального программирования: map(), filter(), reduce(). Связывание (chaining) всех эти инструментов в цепочки. И множество других концепций из этого вытекающих, например, event sourcing.

Итоги

К освоению функционального программирования ведет множество путей. Мне понравился путь этой книги. Все изложенные идеи и концепции прекрасно ложатся на современную Java. Становится понятным, что новые функциональные классы и интерфейсы, добавленные в в Java 8, появились не просто так, а отражают общий подход (хотя конечно и не полный), принятый в других функциональных языках программирования — Scheme, Haskell, Clojure.

Честно говоря после прочтения этой книги стало понятно, что же именно хотели сказать в своей книге Structure and Interpretation of Computer Programs достопочтенные Абельсон и Сассманн. Например, именно там представлена идея слоистого дизайна (stratified design), но она так глубоко закопана, что ее легко пропустить.

Короче, очень рекомендую эту книгу. На меня она произвела хорошее впечатление. У автора Эрика Норманда (Eric Normand) книги есть свой YouTube канал, где он продолжает излагать свои идеи. Как фанат языка Clojure он написал еще одну книгу: The Ultimate Guide to Clojure Concurrency, которая продается только в Kindle версии.

Летом 2022 года должна выйти книга Grokking Functional Programming, которая наверное изложит те же самые концепции другим способом. Вообще, вся серия Grokking … весьма оригинальна, хотя некоторые книги серии вызывают нарекания.

Пишите в комментариях свое мнение об этой книге.

Реклама