تفاوت بین برنامه‌نویسی تابعی و شئ‌گرا

پارادایم‌های برنامه‌نویسی مجموعه‌ای از مفاهیم و ایده‌هایی هستند که چگونگی طراحی و نوشتن برنامه‌های کامپیوتری را دیکته می‌کنند. هر پارادایم تاکید خاصی بر روی بخش‌هایی از برنامه‌نویسی دارد و می‌تواند رویکردهای متفاوتی را برای حل مسائل ارائه دهد. 

دو مورد از پارادایم‌های مهم برنامه‌نویسی که توسعه‌دهندگان ایجاد کرده‌اند و برنامه‌های خود را مطابق با آن‌ها می‌نویسند، شامل برنامه‌نویسی تابعی و شئ‌گرا می‌شود. به احتمال زیاد قبلا اسم آن‌ها را شنیده‌اید، اما ما در این مطلب قصد داریم به صورت دقیق بگوییم که آن‌ها چه هستند و چه تفاوت‌هایی با هم دارند.

برنامه‌نویسی شئ‌گرا چیست؟

برنامه‌نویسی شیء‌گرا (Object-Oriented Programming یا OOP) یک پارادایم برنامه‌نویسی است که بر اساس مفهوم "اشیاء"، که می‌توانند داده‌ها را در قالب فیلدها (که اغلب به آن‌ها خصوصیات یا attributes می‌گویند) و کدهایی که به شکل توابع یا روش‌ها (methods) تعریف می‌شوند، سازمان‌دهی کنند. این پارادایم تلاش می‌کند نرم‌افزار را به عناصری تقسیم کند که نزدیک‌تر به نحوه‌ای که انسان‌ها جهان واقعی را درک می‌کنند، هستند.

ویژگی‌های کلیدی برنامه‌نویسی شیء‌گرا عبارتند از:

• کپسوله‌سازی (Encapsulation): این ویژگی امکان مخفی‌سازی جزئیات پیاده‌سازی یک شیء را می‌دهد و فقط اجازه دسترسی به اجزای مورد نیاز از طریق یک رابط (interface) را می‌دهد. این امر به کاهش پیچیدگی و افزایش امنیت کمک می‌کند.
• وراثت (Inheritance): امکان ایجاد کلاس‌های جدید با استفاده از کلاس‌های موجود به منظور بازاستفاده از کد و ایجاد سلسله مراتبی از کلاس‌ها.
• چندریختی (Polymorphism): قابلیت یک رابط برای استفاده از اشیاء از کلاس‌های مختلف به یک شیوه‌ی یکسان. این ویژگی اجازه می‌دهد تا توابع به طور یکسان با اشیاء از کلاس‌های مختلف که از یک رابط مشترک پیروی می‌کنند، ارتباط برقرار کنند.
• پیام‌رسانی بین اشیاء (Message Passing): اشیاء با یکدیگر از طریق فراخوانی متدها ارتباط برقرار می‌کنند، که این فرآیند را می‌توان به عنوان ارسال پیام بین اشیاء در نظر گرفت.

مزایای برنامه‌نویسی شیء‌گرا:

• مدیریت پیچیدگی: امکان سازماندهی برنامه‌های بزرگ و پیچیده در قالب اشیاء قابل مدیریت.
• بازاستفاده از کد: وراثت و کپسوله‌سازی به بازاستفاده از کد موجود و کاهش تکرار کد کمک می‌کنند.
• توسعه‌پذیری و نگهداری: کد سازمان‌یافته و مدولار راحت‌تر توسعه یافته و نگهداری می‌شود.
• طراحی نرم‌افزار مبتنی بر مدل‌های واقعی: تسهیل مدل‌سازی پیچیدگی‌های دنیای واقعی در نرم‌افزار.

برنامه‌نویسی تابعی چیست؟

برنامه‌نویسی تابعی (Functional Programming) یک پارادایم برنامه‌نویسی است که بر محاسبات به عنوان ارزیابی توابع متمرکز می‌شود و از تغییر داده‌ها و حالت‌های قابل تغییر اجتناب می‌کند. این پارادایم از مفاهیم ریاضیات و منطق تابعی برای ایجاد کدی استفاده می‌کند که تمیز، مدولار، و قابل پیش‌بینی است. در برنامه‌نویسی تابعی، توابع به عنوان واحدهای اصلی برنامه‌سازی در نظر گرفته می‌شوند، و می‌توانند به عنوان پارامتر به سایر توابع منتقل شوند، از سایر توابع بازگردانده شوند، یا در متغیرها ذخیره شوند.

ویژگی‌های کلیدی برنامه‌نویسی تابعی عبارتند از:

• توابع خالص (Pure Functions): توابعی که برای یک مجموعه ورودی مشخص همیشه یک خروجی مشخص تولید می‌کنند و هیچ عملیات جانبی (side effect)‌ای مانند تغییر داده‌های خارجی یا وابستگی به داده‌های خارج از تابع ندارند.

• عدم تغییر داده‌ها (Immutability): در برنامه‌نویسی تابعی، داده‌ها پس از ایجاد، تغییر نمی‌کنند. این امر به کاهش پیچیدگی و جلوگیری از خطاهای برنامه‌نویسی کمک می‌کند.

• توابع درجه‌بالا (Higher-Order Functions): توابعی که می‌توانند به عنوان پارامتر به توابع دیگر منتقل شوند یا به عنوان خروجی از توابع بازگردانده شوند.

• ترکیب‌پذیری (Compositionality): قابلیت ترکیب چندین تابع کوچک و ساده برای ساخت توابع پیچیده‌تر.

• کاری‌گری (Currying): تکنیکی در برنامه‌نویسی تابعی که امکان تبدیل یک تابع با چندین آرگومان به توالی از توابع که هرکدام یک آرگومان دریافت می‌کنند، را فراهم می‌کند.

مزایای برنامه‌نویسی تابعی:

• قابلیت خواندن و نگهداری بالا: کد تمیز و مدولار راحت‌تر فهمیده می‌شود و نگهداری می‌شود.
• قابلیت تست و اشکال‌زدایی: توابع خالص و عدم وجود حالت‌های جانبی اشکال‌زدایی و تست را ساده‌تر می‌کند.
• مناسب برای برنامه‌های همزمان و توزیع‌شده: از آنجا که داده‌ها تغییر نمی‌کنند و توابع عملیات جانبی ندارند، برنامه‌نویسی تابعی برای محیط‌های همزمان و توزیع‌شده ایده‌آل است.

مشکلات برنامه‌نویسی شئ‌گرا

• پیچیدگی زیاد: ایجاد و مدیریت کلاس‌ها، اشیاء، وراثت‌ها، و روابط بین اشیاء می‌تواند منجر به پیچیدگی زیادی در کد شود، به‌خصوص در پروژه‌های بزرگ.
• سربار ناشی از وراثت: استفاده بیش از حد از وراثت، به‌ویژه وراثت چندگانه، می‌تواند کد را دشوارتر برای فهم و نگهداری کند. 
• مشکلات مربوط به کپسوله‌سازی: گاهی اوقات، کپسوله‌سازی می‌تواند داده‌ها و توابع را بیش از حد مخفی کند، که این امر می‌تواند باعث دشواری در دسترسی و تغییر داده‌ها در برخی سناریوها شود.
• ناکارآمدی در استفاده از حافظه و زمان اجرا: اشیاء در OOP می‌توانند شامل حجم زیادی از داده‌ها و رفتارها باشند، که این می‌تواند منجر به افزایش استفاده از حافظه و کندی زمان اجرا شود، به‌ویژه در سیستم‌هایی با منابع محدود.

مشکلات برنامه‌نویسی تابعی

• فرایند یادگیری نسبتا سخت: برنامه‌نویسی تابعی می‌تواند برای برنامه‌نویسانی که با پارادایم‌های دستوری یا شیء‌گرا آشناتر هستند، چالش‌برانگیز باشد. مفاهیمی مانند توابع خالص و توابع درجه‌بالا ممکن است در ابتدا نامأنوس به نظر برسند.

• عملکرد: در برخی موارد، برنامه‌نویسی تابعی ممکن است از نظر عملکردی کندتر از برنامه‌نویسی امپراتیو باشد، به‌خصوص در زبان‌هایی که برای پارادایم‌های دیگر طراحی شده‌اند. این مسئله به‌ویژه در مورد عملیات‌هایی که نیاز به تغییر حالت یا داده‌های قابل تغییر دارند، صدق می‌کند.

• ناهمخوانی با برخی الگوها و کتابخانه‌ها: بسیاری از کتابخانه‌ها و فریمورک‌ها بر اساس پارادایم‌های شیء‌گرا یا امپراتیو طراحی شده‌اند، که ممکن است با رویکردهای برنامه‌نویسی تابعی همخوانی نداشته باشند. این امر می‌تواند ادغام مفاهیم تابعی را در برخی پروژه‌ها دشوار سازد.

زبان‌های برنامه نویسی شئ‌گرا

• Java: یکی از محبوب‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی که به طور گسترده برای توسعه اپلیکیشن‌های وب، موبایل، دسکتاپ و سیستم‌های توزیع‌شده استفاده می‌شود. Java به خاطر قابلیت حمل بالای خود (نوشته شده یکبار، اجرا در هر جا) مشهور است.
• C++: افزون بر پشتیبانی از برنامه‌نویسی شیء‌گرا، C++ امکانات برنامه‌نویسی سطح پایین را نیز فراهم می‌کند و برای توسعه نرم‌افزارهای سیستمی، بازی‌های ویدئویی، و اپلیکیشن‌های کاربردی که نیاز به کارایی بالا دارند، استفاده می‌شود.
• C# (سی شارپ): توسط مایکروسافت توسعه یافته و بخشی از .NET framework است. C# برای توسعه اپلیکیشن‌های ویندوز، وب سایت‌ها و سرویس‌های وب استفاده می‌شود و برای توسعه بازی‌ها به واسطه Unity محبوبیت زیادی دارد.
• Python: با وجود اینکه Python به طور گسترده به عنوان یک زبان برنامه‌نویسی چند پارادایمی شناخته می‌شود، اما پشتیبانی قدرتمندی از برنامه‌نویسی شیء‌گرا دارد. Python به خاطر سادگی و خوانایی بالای کدش، برای توسعه‌دهندگان در سطوح مختلف تجربه، از مبتدی تا پیشرفته، مناسب است.

زبان‌های برنامه‌نویسی تابعی

• Haskell: یک زبان برنامه‌نویسی تابعی خالص است که تاکید زیادی بر توابع خالص و تاخیر در اجرا (lazy evaluation) دارد. Haskell برای تحقیقات دانشگاهی و پروژه‌هایی که نیاز به دقت ریاضیاتی دارند، بسیار محبوب است.
• Erlang: برای سیستم‌های توزیع‌شده با نیاز به بالاترین سطوح از قابلیت اطمینان و همزمانی طراحی شده است. Erlang در صنایعی مانند تلکام، ارتباطات مالی، و سیستم‌های پیام‌رسانی به کار می‌رود.
• Clojure: یک زبان تابعی مدرن که بر روی JVM (ماشین مجازی جاوا) اجرا می‌شود و با زبان‌ها و کتابخانه‌های موجود جاوا سازگار است. Clojure برای توسعه کاربردی و وب، به خصوص در پروژه‌هایی که نیاز به کار با داده‌های پیچیده دارند، محبوب است.
• Scala: زبانی چند پارادایمی است که امکانات برنامه‌نویسی تابعی و شیء‌گرا را ترکیب می‌کند. Scala نیز بر روی JVM اجرا می‌شود و می‌تواند به راحتی با کتابخانه‌های جاوا ادغام شود. Scala برای سیستم‌های بزرگ و پیچیده که نیاز به همزمانی و عملکرد بالا دارند، مناسب است.

مقایسه برنامه‌نویسی تابعی و شئ‌گرا

هدف هر دوی این استایل‌ها این است که برنامه‌ای عاری از باگ همراه با توسعه سریع و درک‌پذیری بالا تحویل  دهند. هر دوی این شیوه‌ها، دارای متدهای متفاوتی برای ذخیره‌سازی و کار با داده هستند. در برنامه‌نویسی شئ‌گرا برای ذخیره کردن داده شما از خصوصیات یک شئ استفاده می‌کنید و برای استفاده از آن‌ها متدها و تابع‌های متفاوتی را تعریف می کنید. در برنامه‌نویسی تابعی این موضوع ساده‌تر و ما تنها چیزی که مشاهده می‌کنیم تغییرات مربوط به داده است. داده‌ها در این شکل در اشیاء ذخیره نمی‌شوند بلکه تنها با ساخت داده‌ای جدید همراه هستند و همچنین میزان بسیار زیادی تابع در چنین این شیوه از برنامه‌نویسی استفاده می‌شود.

امیدوارم که توانسته باشم درکی واضح از اینکه هر مورد از این پارادایم‌ها چه هستند و تفاوت‌ آن‌ها با یکدیگر چیست داده باشم. می‌توان به صورت جداگانه و یا به صورت ترکیبی از هر دوی این پارادایم‌ها بسته به نوع نیازتان استفاده کرد. در نهایت برای اینکه تصمیم بگیرید کدام مورد می‌تواند برای شما مناسب‌تر باشد، مزایا و معایب هر دو را مطالعه کنید.