Ohjelmointiparadigmoja

Ohjelmointiparadigmalla tarkoitetaan ohjelmointikielen taustalla olevaa tapaa ajatella ja jäsentää ohjelman toimintaa. Ohjelmointiparadigmat eroavat toisistaan mm. siinä, miten ohjelman suorituksen eteneminen ja kontrolli määritellään sekä minkälaisista osista ohjelmat rakentuvat.

Suurin osa nykyään käytössä olevista ohjelmointikielistä tukee useampaa ohjelmointiparadigmaa. Ohjelmoijana kehittymiseen kuuluu kokemuksen kautta kehittyvä kyky sopivan ohjelmointikielen ja paradigman valintaan; yhtä kaikkialla toimivaa ohjelmointikieltä ja ohjelmointiparadigmaa ei toistaiseksi ole olemassa.

Tämän hetken yleisimpiä ohjelmointiparadigmoja ovat olio-ohjelmointi, proseduraalinen ohjelmointi sekä funktionaalinen ohjelmointi. Seuraavaksi näistä kahta ensimmäistä käsitellään lyhyesti.

Olio-ohjelmointi

Olio-ohjelmoinnissa käsiteltävä tieto esitetään luokkina, jotka kuvaavat ongelma-alueen käsitteitä sekä sovelluksen toimintalogiikkaa. Luokkiin määritellään metodit, jotka määräävät miten tietoa käsitellään. Ohjelman suorituksen aikana luokista luodaan olioita, jotka sisältävät ajonaikaisen tiedon, ja jotka myös vaikuttavat ohjelman suoritukseen: ohjelman suoritus etenee tyypillisesti olioihin liittyvien metodikutsujen kautta. Kuten joitakin viikkoja sitten totesimme, "ohjelma rakennetaan pienistä selkeistä yhteistoiminnassa olevista olioista".

Olio-ohjelmoinnin perusideat eli tiedon ja sen käsittelyyn liittyvien toimintojen esittäminen luokkien ja olioiden avulla esiintyivät ensimmäisiä kertoja simulaatioiden rakentamiseen tarkoitetussa Simula 67:ssä sekä Smalltalk-ohjelmointikielessä. Sen läpimurto tapahtui 1980-luvulla C++-ohjelmointikielen kautta ja siitä on muodostunut Java-ohjelmointikielen myötä yksi maailman eniten käytetty ohjelmointiparadigma.

Olio-ohjelmoinnin suurimpia etuja ovat ongelma-alueen käsitteiden mallintaminen luokkien ja olioiden kautta, mikä helpottaa ohjelman ymmärtämistä. Tämän lisäksi ongelma-alueen jäsentäminen luokiksi helpottaa ohjelmien rakentamista ja ylläpitoa. Olio-ohjelmointi ei kuitenkaan sovellu luontaisesti kaikkiin ongelmiin: esimerkiksi tieteellisessä laskennassa ja tilastotieteen sovelluksissa käytetään tyypillisemmin mm. R- ja Python-kieliä.

Proseduraalinen ohjelmointi

Siinä missä olio-ohjelmoinnissa ohjelman rakenne muodostuu käsiteltävän tiedon kautta, proseduraalisessa ohjelmoinnissa ohjelman rakenne muodostuu ohjelmalta toivotun toiminnan kautta: ohjelma on askeleittainen ohje suoritettavalle toiminnalle. Ohjelmaa suoritetaa askel kerrallaan, tarvittaessa aliohjelmia (metodeja) kutsuen.

Proseduraalisessa ohjelmoinnissa ohjelman tilaa pidetään yllä muuttujissa ja taulukoissa, ja mahdolliset metodit käsittelevät vain niille parametrina annettuja arvoja. Ohjelmassa koneelle kerrotaan mitä pitäisi tapahtua. Esimerkiksi alla on muuttujien a ja b arvojen vaihtaminen.

int a = 10;
int b = 15;

// vaihdetaan muuttujien a ja b arvot
int c = b;
b = a;
a = c;

Kun olio-ohjelmointia verrataan proseduraaliseen ohjelmointiin, muutamat oleelliset erot tulevat ilmi. Olio-ohjelmoinnissa olion tila voi periaatteessa muuttua mitä tahansa olion metodia käytettäessä, ja tuo tilan muutos voi vaikuttaa myös muiden olion metodien toimintaan; tätä kautta muutos voi vaikuttaa myös muihin ohjelman suorituksen osa-alueisiin, sillä olioita voidaan käyttää ohjelmassa useammassa paikassa.

Konkreettisesti olio-ohjelmoinnin ja proseduraalisen ohjelmoinnin erot näkyvät viidennen osan alussa esitetyssä kello-esimerkissä. Alla on kuvattuna proseduraalista ohjelmointityyliä kuvastava ratkaisu, missä ajan tulostaminen on siiretty metodiin.

int tunnit = 0;
int minuutit = 0;
int sekunnit = 0;

while (true) {
    // 1. tulostetaan aika
    tulosta(tunnit, minuutit, sekunnit);
    System.out.println();

    // 2. Sekuntiviisarin eteneminen
    sekunnit = sekunnit + 1;

    // 3. Muiden viisarien eteneminen mikäli tarve
    if (sekunnit > 59) {
        minuutit = minuutit + 1;
        sekunnit = 0;

        if (minuutit > 59) {
            tunnit = tunnit + 1;
            minuutit = 0;

            if (tunnit > 23) {
                tunnit = 0;
            }
        }
    }
}

public static void tulosta(int tunnit, int minuutit, int sekunnit) {
    tulosta(tunnit);
    tulosta(minuutit);
    tulosta(sekunnit);
}

public static void tulosta(int luku) {
    if (luku < 10) {
        System.out.print("0");
    }
    System.out.print(luku);
}

Sama olio-ohjelmointia noudattaen:

public class Viisari {
    private int arvo;
    private int ylaraja;

    public Viisari(int ylaraja) {
        this.ylaraja = ylaraja;
        this.arvo = 0;
    }

    public void etene() {
        this.arvo = this.arvo + 1;

        if (this.arvo >= this.ylaraja) {
            this.arvo = 0;
        }
    }

    public int arvo() {
        return this.arvo;
    }

    public String toString() {
        if (this.arvo < 10) {
            return "0" + this.arvo;
        }

        return "" + this.arvo;
    }
}

public class Kello() {
    private Viisari tunnit;
    private Viisari minuutit;
    private Viisari sekunnit;

    public Kello() {
        this.tunnit = new Viisari(24);
        this.minuutit = new Viisari(60);
        this.tunnit = new Viisari(60);
    }

    public void etene() {
        this.sekunnit.etene();

        if (this.sekunnit.arvo() == 0) {
            this.minuutit.etene();

            if (this.minuutit.arvo() == 0) {
                this.tunnit.etene();
            }
        }
    }

    public String toString() {
        return tunnit + ":" + minuutit + ":" + sekunnit;
    }
}

Kello kello = new Kello();

while (true) {
    System.out.println(kello);
    kello.etene();
}

Muistathan tarkistaa pistetilanteesi materiaalin oikeassa alareunassa olevasta pallosta!