Paradigmata programování

Paradigma programování (nepřesné je označení jako programovací metoda) je zjednodušeně řečeno způsob, jakým se uvažuje o algoritmech, jejich analýze a implementaci. Paradigma je samo o sobě nezávislé na programovacím jazyku. Některé jazyky sice byly vyvinuty s ohledem na konkrétní paradigma, to ale neznamená, že paradigma lze provozovat pouze v jazycích, které dané paradigma realizují. Například systém Linux je naprogramován v ne-objektovém programovacím jazyku C (jazyk C objektové paradigma vůbec nezná a nepodporuje), avšak při vývoji se objektové paradigma plně využívá. I s neobjektovým jazykem tedy lze tedy myslet objektově. Objektový jazyk pak pouze zjednodušuje vyjadřování objektových myšlenek.

Jednotlivá paradigmata

1. Imperativní programování

Imperativní programování se vyznačuje přesným vyjádřením akcí, které se mají vykonat. Je svým způsobem nejstarší. V obecnosti se neřeší, jak vyjádřit opakování sekvencí. K opakování se používá nějaká forma příkazu GOTO, tedy skoku v programu. Nesystematické využívání příkazu GOTO ovšem vede ke značné programové nepřehlednosti.

Typickým příkladem jazyka, který lze považovat za představitele imperativního paradigmatu je Assembler. Imperativní paradigma ale představuje i původně k výuce určený BASIC (byť ten byl později doplněn i o prvky strukturního paradigmatu - např. v dialektu QBasic - nebo dokonce objektového paradigmatu - např. v dialektu Visual Basic).

Vývojové diagramy ovšem také ve své podstatě vyjadřují postupy v imperativním paradigmatu, což je de facto odsuzuje do propadliště dějin. Možná v několika málo velmi specifických případech může mít smysl i dnes použít vývojové diagramy.

Imperativní programování není samo o sobě překonané. Je nutné poznamenat, že všechny byť nejmodernější procesory rozumí pouze imperativnímu paradigmatu. To znamená, že jakýkoliv program v jakémkoliv "vyšším" paradigmatu musí být nejprve převeden nějakým způsobem na imperativní paradigma a až potom může být teprve spuštěn. Imperativní paradigma je proto stále důležité k tomu, aby bylo možné porozumět principu procesorů. Je ale zcela překonané na vývoj nových programů.

Poznámka: V literatuře se lze setkat i s vymezením, že imperativní programování v sobě zahrnuje jak strukturované programování, tak objektově orientované programování. Z kontextu lze většinou poznat, chápe-li se pojem imperativní programování úžeji (někdy se pak také hovoří o čistě imperativním programování) nebo šířeji.

2. Strukturované programování

Hlavní myšlenkou strukturovaného programování je odmítnutí příkazu GOTO popřípadě jeho ekvivalentů známého z čistě imperativního přístupu. Typický programovací jazyk sturkturovaného paradigmatu tedy buď vůbec neobsahuje možnost volání GOTO, nebo je jeho volání považováno přinejmenším za problematické. Prostě:

• Radikálové strukturovaného paradigmatu tvrdí, že příkaz GOTO je potřeba zcela eliminovat.
• Umírnění zastánci strukturovaného paradigmatu tvrdí, že příkaz GOTO sice může mít smysl v některých velmi specifických případech, rozhodně se ale tento nesmí nadužívat. GOTO musí zůstat pouze pro výjimečné situace.

Místo příkazu GOTO tak nalézají ve strukturovaných jazycích konstrukty pro cykly (např. cyklus for, nebo cyklus while) a podmínky (if, switch/case). Pro strukturované paradigma je také typické používání procedur (neboli také funkcí, podprogramů), které je sice možné používat i v imperativním paradigmatu, pro strukturované paradigma jsou ovšem typické.

Je také důležité poznamenat, že strukturované programování je dnes standardním paradigmatem, které je zcela všeobecně přijímané. Těžko by se hledal jazyk, který by dnes strukturované paradigma neimplementoval (tedy mimo Assembler, který k tomu ovšem má specifické důvody). Mluvíme-li tedy o paradigmatu objektovém, popřípadě funkcionálním, nejsou tato ve sporu se strukturovaným paradigmatem, naopak strukturované paradigma doplňují a rozšiřují.

I vlastní strukturované programování lze chápat spíše jako nadstavbu programování imperativního (chápaného v širším smyslu), než jako něco, co imperativní programování zcela odmítá.

3. Objektově orientované programování

Objektově orientované programování, neboli objektové paradigma vzniká uvědomněním si několika myšlenek:

• Algoritmy velmi často reprezentují nějaké objekty. Tedy v paměti programů se velmi často nachází nějaká reprezentace nějakého objektu. Například, číslo 3 je objekt. Televize je objekt. Prakticky cokoliv může být objekt. Proměnné tak už v objektovém paradigmatu neobsahují zvlášť čísla, řetězce či pole, ale pouze objekty rozličných vlastností.
• Ačkoliv můžou být objekty zcela různé, pořád mohou mít společné vlastnosti. Například: Dvě televize různých výrobců sice možná nemají ani jednu společnou součástku, ale pořád s nimi lze dělat stejné operace: zapnout/vypnout, přepnout program, změnit hlasitost.
• Mají-li dva různé objekty společné vlastnosti, lze je oba reprezentovat společně ve stejné proměnné. V takovém případě objekt sám ví, jak vykonat tu kterou činnost. Tomu se říká polymorfismus.

Příklad: Televize Samsung se vypne posláním kódu 12345, Televize Philips se vypne pomocí kódu 54321. Naším úkolem je napsat program, který na vstupu dostane televizi a jeho úkolem je jí vypnout. Ve strukturovaném paradigmatu by kód mohl vypadat takto:

PROCEDURA vypni(televize):
    JESTLIŽE televize JE TYPU 'Samsung' PAK:
        POŠLI KÓD '12345'
    JESTLIŽE televize JE TYPU 'Philips' PAK:
        POŠLI KÓD '54321'
    JINAK:
        NAPIS 'Chyba: Televize je neznameho typu'

V objektově orientovaném programování bychom stejnou věc napsali nějak takto:

PROCEDURA vypni(televize):
    televize.vypni()

PROCEDURA Samsung.vypni():
    POŠLI KÓD '12345'

PROCEDURA Philips.vypni():
    POŠLI KÓD '54321'

Existuje několik principů důležitých pro objektové programování:

• polymorfismus - objekty různých vlastností mohou mít stejné rozhraní, tj. lze s nimi provádět stejné operace.
• dědičnost - u objektů lze pozorovat společné vlastnosti na různých úrovních. Například: TelevizeSamsung je Televize a Televize je Spotřebič. Zatímco Spotřebič lze například vypínat a zapínat, ovládání hlasitosti je už vlastnost typická pouze pro objekty typu Televize. Speciální případ dědí vlastnosti od obecného. Každá TelevizeSamsung je tedy i Spotřebič. Ale zatímco Trouba je Spotřebič, rozhodně to není Televize. Obecné a specifické typy tedy tvoří takzvanou dědičnou hierarchii. V našem případě by dědičná hierarchie mohla vypadat takto:

* Spotřebič
    * Televize
        * TelevizeSamsung
        * TelevizePhilips
    * Trouba

• zapouzdření - objekt umožňuje nějakým způsobem kontrolovat, které jeho vlastnosti a funkce jsou dostupné ostatním. Například, objekt televize může mít funkcionalitu pro vypnutí, ale nechce jí nikomu zpřístupnit a chce si jí nechat jenom pro své osobní použití. Objekt si sám rozhoduje o tom, které jeho funkce jsou "veřejnosti přístupné" a které jsou nepřístupné.

4. Funkcionální paradigma

Ve funkcionálním paradigmatu je povoleno zacházet s kusy kódu (tj. s podprogramem, procedurou, neboli funkcí) jako s objektem. To znamená, že funkce lze předávat jako argumenty jiným podprogramům a vyhodnocovat je až na základě potřeby. Podstatné u funkcionálního programování je, že odkazy na jednotlivé funkce lze ukládat do proměnných a takový uložený odkaz lze později spustit, neboli vyhodnotit.

V obecnosti je funkcionální paradigma nezávislé na objektovém paradigmatu (dokonce i na imperativním či strukturovaném paradigmatu), ale v praxi se obě paradigmata navzájem doplňují. Dnes většina "vyšších" programovacích jazyků nějakým způsobem implementuje prvky jak objektového tak funkcionálního paradigmatu.

Praktické příklady paradigmat v programovacích jazycích

• Assembler je typickým příkladem jazyku v imperativním paradigmatu. Assembler ani omylem není přežitek, ale dnes se s ním málokdy pracuje přímo. Assembler se využívá pouze ve velmi specifických úlohách.
• C je příkladem jazyka čistě strukturního paradigmatu. S nadsázkou lze říci, že je to takový assembler ve strukturním paradigmatu.
• Pascal je jazyk čistě strukturního paradigmatu původně navržený jako jazyk vhodný k výuce. V dnešní době je ovšem zcela překonán a to i pro výukové účely. Paradigmatem je velmi podobný jazyku C, jeho syntaxe je ovšem zcela rozdílná.
• C++ vznikl z jazyka C přidáním přímých prvků objektového paradigmatu. C++ je vlastně do značné míry s jazykem C "zpětně kompatibilní", avšak přidává nové vlastnosti původnímu jazyku C zcela neznámé, které umožňují přímou práci s objekty. Je nutné také poznamenat, že tato objektová nástavba jazyka C++ nebyla všemi přijata s nadšením a mnoho programátorů má raději čistý jazyk C. Vývojáři Linuxu upřednostnili jazyk C, zatímco objektové paradigma udržují pouze "v hlavě", než aby přešli k objektovému, avšak "nepovedenému" jazyku C++.
• Object Pascal se má k jazyku Pascal asi stejně jako se má C++ k jazyku C. Je to objektová nadstavba klasického strukturovaného jazyka Pascal.
• Smalltalk byl asi prvním jazykem čistě objektového paradigmatu. Byť dnes nepatří mezi nejoblíbenější jazyky, je svou až geniálně jednoduchou koncepcí neustále inspirací.
• Objective C je jiná nástavba objektového paradigmatu nad jazykem C. S C++ nemá nic společného a mnohem více se inspiruje jazykem Smalltalk. Je dnes velmi často používaná na platformně Apple.
• Java je příkladem čistě objektového jazyka. To znamená, že zatímco v C++ lze programovat zcela bez znalostí objektového paradigmatu klasicky strukturovaně, v Javě to možné není. Java umožňuje pouze objektově orientované vyjadřování. Výsledek ovšem stejně není přesvědčivý a k čistotě návrhu Smalltalku má daleko.
• C# je taková Java od Microsoftu. Paradigmaticky je C# téměř identický Javě, liší se od Javy pouze v syntaktických konstrukcích. C# nemá nic společného ani s jazykem C, snad kromě inspirace syntaxí.
• JavaScript je jazykem, u něhož do značné míry převládají prvky funkcionálního paradigmatu. To mu dodává vcelku zajímavé možnosti. Ačkoliv i JavaScript umožňuje používat objektové paradigma, má takový funkcionální nádech a zejména začátečníkům může způsobovat problémy. Některé objektově orientované konstrukty se totiž chovají jinak, než by očekával znalec klasického OOP přístupu. Je nutné poznamenat, že JavaScript nemá vůbec nic společného s jazykem Java.
• Existuje dnes také mnoho jazyků, které by bylo možné považovat za multiparadigmatické. Například v jazycích jako je Python, PHP, Perl a jistě i mnoha dalších je možné využívat všech výše zmíněných paradigmatických možností a je možné je i mezi sebou kombinovat podle potřeby. (tedy přesněji řečeno, většina jazyků nepodporuje příkaz GOTO, čistě imperativní přístup v nich tedy většinou možný není)

domů