1 Ein Beispiel in SML

Reine (engl. pure) funktionale Programme können als mathematische Funktion aufgefasst werden: Ein Ausdruck hat dort während der Programmausführung stets den gleichen Wert. Es gibt keine Zustandsvariablen, die während einer Berechnung geändert werden. Man genannt dieses Merkmal als Werttreue (engl. referential transparency). Sie vereinfacht Korrektheitsbeweise von Algorithmen wesentlich. Um erwünschte Nebeneffekte (Benutzerinteraktion, Eingabe/Ausgabe-Operationen) beschreiben zu können, sind meist besondere Vorkehrungen notwendig. Die meisten funktionalen Programmiersprachen erlauben allerdings Nebeneffekte und sind daher keine reinen funktionalen Programmiersprachen (Ausnahme: Haskell).

Man unterscheidet Funktionen erster Ordnung und Funktionen höherer Ordnung. Bei Funktionen höherer Ordnung sind Funktionen selbst Werte. Dies erlaubt es insbesondere, Funktionen als Ergebnisse oder Parameter anderer Funktionen zu benutzen. Ein typisches Beispiel ist der Ableitungsoperator: Eingabe ist eine differenzierbare Funktion, Ausgabe ist die Ableitung dieser Funktion. Ein Beispiel aus der Informatik ist map, um eine beliebige, übergebene Funktion f auf jedes Element einer Liste anzuwenden. Definition in Haskell:

map f [] = []   
map f (x:xs) = f x : map f xs

In der ersten Zeile wird das Ergebnis für eine leere Liste [] zurückgegeben; die zweite Zeile wendet die Funktion f auf das erste Listenelement x an und führt dann einen Rekursionsschritt für die restliche Liste xs durch.

Funktionale Sprachen kann man auch nach ihrer Auswertungsstrategie unterscheiden: Bei strenger Auswertung (engl. eager bzw. strict evaluation) werden Ausdrücke sofort ausgewertet. Dem gegenüber steht die Bedarfsauswertung (engl. lazy evaluation), bei der Ausdrücke erst ausgewertet werden, wenn deren Wert in einer Berechnung benötigt wird. Dadurch lassen sich z.B. unendlich große Datenstrukturen (die Liste aller natürlicher Zahlen, die Liste aller Primzahlen, etc.) definieren und bestimmte Algorithmen vereinfachen sich. Manche Berechnungen lassen sich mit strenger Auswertung, andere mit Bedarfsauswertung effizienter ausführen.

Zusätzlich kann man funktionale Sprachen einteilen in dynamisch und statisch typisierte Sprachen, die sich dadurch ergeben, dass die Typprüfung während der Laufzeit bzw. während der Ãœbersetzungszeit stattfinden kann. Programmiersprachen wie Haskell und SML sind statisch typisiert und unterstützen Typeninferenz (d.h. der Compiler erkennt die Datentypen automatisch). Programmiersprachen aus der Lisp-Familie sind dynamisch typisiert.

Eine weitere Einteilung kann danach vorgenommen werden, ob die Sprache für sequentielle oder nebenläufige Ausführung entworfen wurde und ob es Unterstützung für die Verteilung auf verschiedene Rechnerknoten gibt. Ein Beispiel für eine nebenläufige, verteilte funktionale Sprache ist Erlang.

Algorithmen geben vorteilhafte Verfahren für die Lösung wichtiger Probleme an (z.B. Sortieren) und sind in der Regel gut analysiert, so dass ein Entwickler auf bewährte, einschätzbare Lösungen zurückgreifen kann. Gleiches leisten Datenstrukturen für die Organisation von Daten. Sammlungen von guten Algorithmen und Datenstrukturen haben somit eine große praktische Bedeutung.

Chris Okasaki schreibt: Auch wenn die meisten dieser Bücher [über Datenstrukturen] behaupten, das sie unabhängig von einer bestimmten Programmiersprache sind, so sind sie leider ca. sprachunabhängig in dem Sinne Henry Fords: Programmierer können jede Programmiersprache benutzen, solange sie imperativ ist.

Der Verzicht auf zerstörerische Zuweisungen führt dazu, das ettliche klassische Algorithmen und Datenstrukturen, die regen Gebrauch von dieser Möglichkeit machen, so nicht für funktionale Sprachen benutzt werden können und man nach neuen Lösungen suchen muss.

Gerade rein funktionale Datenstrukturen sind von ihrer Natur her anders, als die gewohnten Datenstrukturen, die meist ca. eine Version ihrer Daten verwalten (ephemerale Datenstrukturen), wohingegen funktionale Datenstrukturen mehrere Versionen verwalten (persistente Datenstrukturen).

• Fethi Rabhi und Guy Lapalme: Algorithms - A Functional Programming Approach, 1999 (http://www.amazon.de/exec/obidos/ASIN/0201596040/)
• Chris Okasaki: Purely Functional Data Structures, 1998 (http://www.amazon.de/exec/obidos/ASIN/0521663504/)

local
  val pi = 3.14;
  val sq = fn x => x*x;
in
  val ringarea = fn (R,r) => pi*(sq R - sq r);
end;

Dieses Programm definiert eine Funktion ringarea, die die Fläche berechnet, die zwischen den beiden konzentrischen Kreisen mit den Radien R und r liegt. Dazu werden die Konstante pi und die Hilfsfunktion sq definiert. Diese werden von ringarea dann für die Berechnung benutzt.== Funktionale Programmiersprachen ==

• LISP
• Scheme
• ML (Meta Language)
• Standard ML (SML)
• Ocaml
• Gofer
• Miranda
• Haskell
• Erlang
• XSLT
• OPAL (Opal Project (http://uebb.cs.tu-berlin.de/opal/))

Siehe auch: Programmierparadigma