Programación funcional: ideal para algoritmos

Los lenguajes de programación comunes suelen permitir diferentes paradigmas de programación. Dentro de estos, se hace una distinción aproximada entre los paradigmas de programación declarativa y de programación imperativa. Simplificando mucho, estos paradigmas constituyen los métodos fundamentales de programación. Una subcategoría de la estrategia declarativa es la llamada programación funcional, que se utiliza en particular en el desarrollo de los siguientes programas o códigos:

• Aplicaciones técnicas y matemáticas
• Inteligencia Artificial (IA)
• Compiladores y analizadores
• Algoritmos

¿Qué hace que los lenguajes de programación funcional sean tan interesantes para este tipo de aplicaciones informáticas? Y ¿en qué se diferencia de otros conceptos como la programación orientada a objetos?

El nombre ya lo sugiere: la programación funcional o functional programming se centra en las funciones. En un programa funcional, todos los elementos pueden entenderse como funciones y el código puede ejecutarse mediante llamadas de función secuenciales. Por el contrario, no se asignan valores de forma independiente. Una función se imagina mejor como una variante especial de un subprograma. Esta es reutilizable y, a diferencia de un procedimiento, devuelve directamente un resultado.

Por supuesto, en muchos lenguajes de programación superiores hay funciones que se definen y después se aplican. Por esto, esta no es la característica especial de la programación funcional. Lo que hace que la estrategia funcional sea tan importante para la informática y a la vez tan versátil es el hecho de que las funciones dentro de este paradigma de programación pueden adoptar diferentes “formas”: estas pueden enlazarse entre sí como los datos y utilizarse como parámetro y como resultado de la función. Este tratamiento especial de las funciones permite a los programadores implementar y procesar tareas computacionales muy complejas (especialmente las de naturaleza simbólica).

Aunque las raíces de la programación funcional se remontan a la década de 1930 (como parte de la investigación matemática básica), la estrategia funcional sigue gozando de gran popularidad, especialmente en los campos técnico y matemático. Esto se debe a diversos motivos:

• amplias opciones de transformación algebraica de programas,
• amplias posibilidades de síntesis algebraica de programas,
• sencillas opciones de análisis semántico gracias a la renuncia a los “estados internos en el proceso de cálculo” y los “efectos secundarios”,
• desaparición de estados internos (a diferencia de la programación imperativa, no se requieren estados internos de un proceso de cálculo),
• renuncia a los efectos secundarios (los cambios de estado correspondientes a los estados internos, los llamados efectos secundarios, también se pueden eliminar en las tareas funcionales).

La programación funcional ofrece un alto grado de abstracción, ya que está basada en el concepto matemático y el principio de función. Cuando se aplica de forma correcta, este tipo de programación crea un código muy preciso. A partir de tantas unidades pequeñas, reutilizables y altamente especializadas como sea posible, se crea un programa para la solución de una tarea sustancialmente mayor.

Por esto, hay numerosas razones prácticas por las que la programación funcional y los lenguajes de functional programming que trabajan con este principio siguen ocupando una posición especial dentro de la informática actual, especialmente cuando se trata de tareas matemáticas y algoritmos complejos. A la vez, la especialización de las áreas de aplicación contribuye a que los lenguajes de programación funcional ocupen un nicho particular.

Entre los lenguajes de programación funcional más importantes se encuentran los siguientes:

• LISP
• ML
• Haskell
• OCaml
• F#
• Erlang
• Clojure
• Scala

Asimismo, hay lenguajes de programación conocidos que permiten la programación funcional entre sus paradigmas:

• Perl
• Ruby
• Visual Basic .NET
• Dylan
• ECMAScript

La tabla da una buena visión general de si el paradigma funcional es la estrategia apropiada para programar un proyecto de software o no, aunque, muy a menudo, la elección de un estilo de programación depende de las preferencias personales del desarrollador. Por ejemplo, la programación orientada a objetos como alternativa a la estrategia funcional es muy popular para muchos programadores. A continuación, compararemos brevemente las dos estrategias, incluyendo un ejemplo práctico final.

Al igual que en la moda, en la programación hay tendencias: desde hace ya tiempo, la programación orientada a objetos es muy popular, especialmente en el desarrollo de aplicaciones web y videojuegos. En comparación con la programación funcional, esta estrategia no describe los elementos individuales como funciones, sino como objetos y clases. En combinación con un sistema de herencia, esto tiene la ventaja de que todos los componentes se pueden reutilizar y ampliar en todo momento y sin problemas. Por otra parte, el código funcional es mucho más sencillo, más claro y especialmente ventajoso cuando se requiere un código testable y verificable.

No obstante, en principio no hay que elegir necesariamente entre la programación orientada a objetos y la programación funcional: muchos lenguajes de programación modernos permiten utilizar los dos estilos de programación, con lo que pueden combinarse con facilidad y dan al usuario las ventajas de los dos paradigmas.

Los analizadores o parsers son elementos esenciales para todos los programas de ordenador. Como directores de los compiladores que traducen el lenguaje de programación al lenguaje de las máquinas, son a menudo indispensables.

Un analizador puede implementarse sobre la base de varios paradigmas de programación –por ejemplo, también con un lenguaje orientado a objetos. Sin embargo, la estrategia funcional ofrece una serie de ventajas útiles cuando se trata del diseño de código de un analizador.

• No hay variables globales y cambiantes. En consecuencia, no hay errores de programación derivados del llamado “estado global mutable” (estado modificable por todo el código), como puede ser el caso de los proyectos orientados a objetos. Para un analizador, este elemento del programa central es una ventaja.
• Gracias a las funciones de orden superior y a la claridad del código de programa, se pueden gestionar fácilmente incluso grandes colecciones de datos. Esto es muy ventajoso para un analizador, que naturalmente tiene que procesar grandes cantidades de datos.
• Los analizadores son elementos del programa que se ejecutan muy a menudo. De este modo, beneficia a todo el programa que este elemento central esté programado con precisión y funcione eficientemente, lo que logra la programación funcional.
• Un error en el proceso de análisis suele ser fatal y se debe evitar todo lo posible. Sin embargo, durante la ejecución de un programa, aparecen siempre numerosas dependencias semánticas, que pueden ocasionar errores graves, pero a menudo solo después de un tiempo de ejecución prolongado. La implementación correcta de una programación funcional puede ayudar a minimizar o prevenir completamente estos graves errores de ejecución.