Анализ эффективности функционального программирования на языке F# для многоядерных процессоров - Дипломная работа

В настоящее время разработка и использование сложных программных систем невозможно без учета существующей тенденции увеличения ядер в процессорах. Вследствие этого возникает необходимость в инструментах для параллельного программирования, которые бы обеспечили быструю и качественную разработку программного обеспечения. Повсеместно использующийся объектно-ориентированный подход затрудняет написание параллельных программ, поэтому в последнее время растет интерес к парадигме функционального программирования и оно начинает интенсивнее использоваться в индустрии разработки программного обеспечения. В частности корпорация Microsoft включила в состав своей последний среды разработки Visual Studio 2010 функциональный язык F#, много функциональных возможностей добавилось в язык C#, включая функциональное ядро LINQ. Для реализации целей была поставлена задача по сравнению эффективности программирования на различных .NET языках (С , С#, F#) на примере оконного приложения, реализующего графическую обработку изображения недетерминированного фрактала - множества Мандельброта. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ F# 1.1 Анализ существующих функциональных языков язык программирование функция матрица История Время появления теоретических работ, которые обосновывают функциональный подход, относится к 20-м - 30-м годам XX столетия. Дальнейшее развитие функциональный подход получает в работах, посвященных типизированному лямбда-исчислению, согласно которым аргументам функций и самим функциям можно назначать (или, иначе, приписывать) тот или иной тип. Типизация существенно увеличивает вычислительную стройность и значимость любой математической формализации, и, естественно, без нее немыслимы современные языки программирования. В 50-х годах XX столетия появилась первая реализация функционального языка программирования в виде языка LISP. Позднее, уже в 60-х г.г. Р. Хиндли (Roger Hindley) разработал выводимость типов (type inference), т.е. возможность неявно определить тип выражения, исходя из типов выражений, которые его окружают. Именно эта возможность широко используется в современных языках программирования, таких как SML и Haskell. Машина получила название SECD и формализовала вычисления на языке программирования ISWIM (If you See What I Mean), который впоследствии стал прообразом языка функционального программирования ML. Позднее, в 70-х годах, был разработан первоначальный вариант языка ML, который впоследствии развился, в SML, а также ряд других языков, из которых, пожалуй, самым «молодым» является созданный совсем недавно - в 2006 году мультипарадигменный язык Nemerle. Основной механизм языка Лисп - инкапсулированная в список определяющая голова списка и подключённый к ней хвост списка, который рекурсивно также может быть списком. Первые области применения языка Лисп были связаны с символьной обработкой данных и процессами принятия решений. Hope, Miranda, Haskell Язык Hope появился в 70х годах в Эдинбургском Университете. Язык является важным этапом в жизни функционального программирования, он послужил основой для таких языков как Miranda и Haskell, но сам распространения не получил. Его чистая функциональность обеспечивает отсутствие побочных эффектов, так как в языке нет состояния, нет переменных. В качестве основных характеристик языка Haskell можно выделить следующие: возможность использования лямбда-абстракции; функции высшего порядка; частичное применение; недопустимость побочных эффектов (чистота языка); ленивые вычисления (lazy evaluation); сопоставление с образцом, функциональные образцы (pattern matching); параметрический полиморфизм (в т.ч. абстрагирование от конструктора типа) и полиморфизм классов типов; статическая типизация; автоматическое выведение типов (основано на модели типизации Хиндли - Милнера); алгебраические типы данных; параметризуемые типы данных; рекурсивные типы данных; абстрактные типы данных (инкапсуляция); генераторы списков (list comprehensions); охраняющие выражения (guards) - выражения, которые предназначены для ограничения вычислительных процессов и направления их по определённому направлению в зависимости от условия охраны[11]; возможность писать программы с побочными эффектами без нарушения парадигмы функционального программирования с помощью монад; возможность интеграции с программами, реализованными на императивных языках программирования посредством открытых интерфейсов (стандартное расширение языка Foreign Function Interface); Среди возможностей компилятора GHC нужно отметить три варианта компиляции: непосредственно в машинные коды целевой архитектуры, компиляция через промежуточный код на языке C или C--, компиляция в язык LLVM (Low Level Virtual Machine).