Lenguajes de programación funcional: Guía para principiantes

A la hora de elegir entre varios lenguajes de programación, se suele optar por los lenguajes funcionales y los orientados a objetos. Cada lenguaje tiene diferentes capacidades y aplicaciones, pero los lenguajes funcionales ofrecen muchas ventajas a los programadores gracias a su uso de la memoria computacional, los datos inmutables y la eficiencia.

En este artículo, analizamos la definición de los lenguajes de programación funcionales, las características de dichos lenguajes, las ventajas de utilizar uno y en qué se diferencian de los lenguajes de programación orientados a objetos.

¿Qué son los lenguajes de programación funcionales?

Los lenguajes funcionales son lenguajes informáticos que incluyen funciones matemáticas. Estas funciones permiten a los programadores crear expresiones condicionales para realizar cálculos específicos. Los lenguajes de programación funcionales evitan los cambios de estado y los datos mutables asegurando que todas las funciones tengan transparencia referencial, lo que significa que siempre devuelven el mismo resultado cuando se les presentan los mismos argumentos. Algunos de los lenguajes funcionales más conocidos son Python, Clojure, Erlang, Lisp y Haskell.

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Características de los lenguajes de programación funcionales

A continuación, una lista de las características más comunes de los lenguajes funcionales:

Funciones de primera clase

Muchos lenguajes de programación funcional permiten que las funciones actúen como varios elementos computacionales, como el resultado de otra función, en una colección de otras funciones, como una variable o como un argumento para otra función. Los programadores se refieren a este tipo de funciones como de primer orden por su versatilidad. Las funciones de orden superior son un tipo de función de primera clase que admite argumentos en forma de otras funciones o funciones de retorno como resultado de la ejecución. Por ejemplo, una función dentro de estos lenguajes puede provocar un cálculo que dé lugar a la creación de varias otras funciones con variables definidas funcionalmente.

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Datos inmutables

Los datos son inmutables si nada puede modificarlos una vez que un programa los crea. Los lenguajes de programación funcional sólo utilizan datos inmutables, y por ello, también maximizan la capacidad de referenciar datos anteriores. Por ejemplo, una función que borra datos no puede borrarlos completamente en los lenguajes funcionales, ya que borrar un dato implica algún cambio en su existencia.

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Funciones puras

Cuando se utilizan funciones puras, el resultado de una función es siempre el mismo si los argumentos son los mismos. Además, las funciones puras no tienen efectos secundarios, lo que significa que no hay cambios en el estado del programa como resultado de la ejecución de la función. Por ejemplo, 2 + 2 = 4 es un ejemplo de función pura en la que 2 + 2 es el argumento y 4 el resultado. En base 10, la respuesta de los problemas matemáticos es siempre la misma si los argumentos son iguales.

Recursión

La resolución de problemas complejos mediante soluciones más simples y pequeñas es un principio fundamental de muchos lenguajes de programación funcional. Un ejemplo de recursividad es cualquier función matemática en la que se llama a la propia función para resolver el problema. Muchas funciones tienen soluciones que no utilizan su propia función en la solución, pero pueden ser más complejas y computacionalmente intensivas.

Procesamiento de listas

También conocida como LISP, esta característica de la programación funcional permite manipular y analizar una lista de datos. Es una herramienta poderosa porque permite a los programadores crear listas y luego utilizar esas listas para una variedad de funciones. Por ejemplo, si se tiene una lista de números, se puede optar por sumarlos, multiplicarlos o dividirlos. Cada función utiliza los mismos números pero produce un resultado según su proceso.

Evaluación perezosa

La programación funcional sólo permite la evaluación de los cálculos en el momento exacto en que son necesarios para el programa. Ayuda a disminuir el número de evaluaciones repetidas que realiza el programa. Si el programa necesita realizar una evaluación, las evaluaciones perezosas permiten al programa buscar la última evaluación en su diccionario y reutilizar los resultados, ahorrando tiempo.

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Beneficios de los lenguajes de programación funcionales

Programar con este tipo de lenguajes tiene muchos beneficios. Algunas de las ventajas son:

  • Errores en los límites: El hecho de que los lenguajes de programación funcional no permitan cambios de estado puede eliminar los errores de codificación que se producen como efectos secundarios de los cambios de estado. Limitar los errores puede ayudar a aumentar la productividad mediante la creación de código utilizable.

  • Aumenta la capacidad de programación en paralelo: Además de permitir que se realicen múltiples cálculos simultáneamente, estos lenguajes de programación también permiten que una función tenga múltiples usos. Estas mayores capacidades aumentan la funcionalidad de dichos lenguajes y fomentan la reutilización.

  • Admite funciones anidadas: Uno de los múltiples usos de las funciones dentro de estos lenguajes son las funciones anidadas, que son funciones definidas dentro de otra función. Esta capacidad aumenta en gran medida la capacidad de transmitir y recibir datos con un esfuerzo computacional mínimo.

  • Permite una evaluación perezosa: Las construcciones funcionales perezosas, como las listas perezosas y los mapas perezosos, permiten aumentar la eficiencia debido a su creación de una referencia para todas las evaluaciones ejecutadas dentro del programa. Cuando es necesario realizar evaluaciones dentro del programa, primero se comprueba si la evaluación ya existe en otro lugar, lo que limita las repeticiones innecesarias de las evaluaciones.

Programación funcional frente a programación orientada a objetos

La programación orientada a objetos es otra forma popular de estructurar los lenguajes informáticos. He aquí algunas diferencias fundamentales entre la programación funcional y la orientada a objetos:

  • La base de los cálculos: La programación orientada a objetos utiliza objetos con atributos asignados como base para los cálculos. Los lenguajes funcionales evalúan funciones que pueden crear objetos y sus atributos.

  • Estados: Como los lenguajes orientados a objetos utilizan la programación imperativa, pueden cambiar los objetos dentro del programa, lo que significa que tiene estados o modificaciones actuales que afectan al resultado de las entradas. Los lenguajes funcionales no utilizan la programación imperativa, por lo que no necesitan hacer un seguimiento de los estados actuales, ya que los datos dentro de estos lenguajes son inmutables, lo que significa que la misma entrada siempre da lugar a la misma salida.

  • Programación paralela: Este tipo de programación implica múltiples procesos computacionales que ocurren al mismo tiempo. Los lenguajes orientados a objetos tienen poco soporte para la programación paralela, pero los lenguajes funcionales tienen un amplio soporte para ello.

  • Orden: En la programación orientada a objetos, los cálculos se realizan en un orden determinado. En la programación funcional, los cálculos pueden realizarse en cualquier orden.

  • Datos iterativos: La programación orientada a objetos utiliza bucles, es decir, ejecución repetida, para los datos iterativos. La programación funcional utiliza la recursividad para los datos iterativos, lo que significa que intenta resolver los problemas utilizando versiones más sencillas del mismo problema.

  • Elementos básicos: Los elementos fundamentales de los lenguajes orientados a objetos son los objetos y los métodos, mientras que los elementos de la programación funcional son las funciones y las variables. Esta diferencia explica gran parte de la variación de contenido, estructura y formato entre estos lenguajes.