Функциональное программирование *

Завершён перевод книги Люка Бруно «Nix в пилюлях».
Для удобства читателей, собрал ссылки на все двадцать глав в одной публикации — здесь.

Финальная глава! Люка Бруно рассказывает о секретном оружии Nix — хуках. Их используют, когда больше ничего не помогает, в частности, для кросс-компиляции.

Эта глава посвящена деривации stdenv, благодаря которой собирается большинство пакетов из репозитория nixpkgs. Она поддерживает инструментарий GCC, GNU make, autotools и другие распространённые системы сборки.

Для того, чтобы различать пакеты разных версий, Nix хранит их в каталогах с именами, которые содержат хеш. В главе 18 мы разберёмся, как вычисляется этот хеш для файлов, каталогов и tar-архивов.

Знакомимся с интересным трюком, который позволяет функциональному языку Nix делать то, то, что в императивных пакетных менеджерах делается с пол-пинка.
У них там, правда, dependency hell, а в Nix всё чинно и благородно.

Вы начинаете сборку вашего пакета не на пустом месте. Репозиторий nixpkgs, куда входит ваш пакет, при запуске скрипта сборки передаёт ему параметры. В этой главе мы поговорим о двух основных параметрах: system и config.

В последние несколько лет российские предприятия столкнулись с необходимостью перевода своих систем управления с импортных SCADA-платформ на отечественные аналоги. Основными причинами стали санкции, разрыв отношений с зарубежными вендорами ПО, невозможность продления лицензий и получения техподдержки. Особенно острой эта проблема оказалась для непрерывных производств, где остановка технологического процесса даже на 30 минут может обернуться серьезными убытками и повреждением оборудования.

Летом 2023 года к к нам обратилось предприятие химической промышленности крупного Российского холдинга. На нем  много лет использовалась SCADA-система Wonderware InTouch. Из-за санкционных наложений, иностранный вендор расторг контракт на обслуживание и техподдержку. Более того, была предпринята попытка удаленно остановить производство путем отключения серверов SCADA. Последствия удалось минимизировать, изолировав промышленную сеть, однако функционал системы снизился на треть, а ее развитие и масштабирование оказалось невозможным. Нам было необходимо решить следующие проблемы:

1.     Отсутствие возможности обслуживания данной системы. Ввиду того, что данную SCADA систему разрабатывала и обслуживала иностранная компания, после начала СВО все контракты по обслуживанию и технической поддержке были расторгнуты. 

2.     Ограниченный функционал системы. После того как контракты были расторгнуты иностранная компания, имея удалённый доступ, попыталась дистанционно остановить производство путём отключения рабочих серверов. Заказчик, увидев странное в системе предпринял действия по изоляции своей производственной сети, однако иностранной организации всё-таки удалось  нарушить состав системы, тем самым снизив её функционал на треть.

В Nix для поиска дериваций используется переменная окружения NIX_PATH. Она похожа на PATH, но есть и важные отличия. Разбираемся с тем, как устроен репозиторий nixpkgs.

Продолжаем изучать паттерны проектирования, используемые при создании пакетов в Nix. В этой пилюле разберёмся с паттерном override (переопределение).

У нас есть 3 "теории всего" - научная картина мира (все сводится к законам физики), информатика (все сводится к битам) и фундамент математики (все сводится к логике). Именно фундамент математики представляет особый интерес, так как он является фундаментом для двух других фундаментов и имеет глубокий философский смысл. Последние 2 года я сильно им увлекся и проделал довольно большую работу по углубленному изучению теории типов (Calculus of Constructions), и готов поделиться результатами, а также рассказать о девяти направлениях, где можно применить это на практике. Очень многое получилось лучше, чем я планировал. Изначально перспективы были не очень понятными, и поэтому я не рассказывал друзьям и коллегам про мою работу в этом направлении и называл это «Секретный Проект». Но теперь, когда многое прояснилось и получилось, можно поделиться успехом. Собственно, в этой статье я расскажу вам не только про сам фундамент математики, а еще его связь с ежедневной работой программиста, а также с Computer Science/Data Science и AI/ML. Я вам нарисую большую и красивую картину, на которой все понятно и логически следует из маленького набора правил выведений типов (11 штук) и аксиом теории множеств (9 штук).

У нас есть 3 фундамента математики — теория множеств (удобна для человека), теория типов (удобна для компьютера) и теория категорий (не знаю, зачем она вообще нужна). Они примерно одинаковой мощности и одну можно выразить внутри другой. Особый интерс представляет именно теория типов, тк ее довольно легко можно запрограммировать внутри компьютера и использовать как строгий фундамент для других теорий, который не дает совершить ошибку и проверяет каждое ваше действие.

Разбираемся, как работает второй из базовых паттернов Nix — callPackage. Автоматизируем передачу параметров, сокращаем код репозитория.

В заметке "Идиоматическое внедрение зависимостей в ZIO 2" Пьер Рикадат описывает типичную структуру Scala-приложения на основе ZIO. Элементами этой структуры являются использование интерфейсов, классов с зависимостями и dependency injection.

Известен также подход, описанный в заметке "От внедрения зависимостей к отказу от зависимостей" Марка Симана. Автор прежде был апологетом внедрения зависимостей и написал об этом книжку. Но в функциональном подходе можно строить системы без зависимостей, что требует отказа сразу от интерфейсов, классов с зависимостями и от понятия dependency injection.

Хотелось бы посмотреть, как те же примеры, что приводит Пьер Рикадат, будут выглядеть без классов и интерфейсов. А также понять, можно ли использовать ZLayer'ы при разработке программ в функциональном стиле.

Перевод заметки Пьера Рикадата о механизме ZLayer в ZIO2 ("Idiomatic dependency injection for ZIO applications in Scala", Pierre Ricadat).

---

Я (автор оригинальной заметки) часто слышу в Интернете в Scala-обсуждениях, что ZLayer "слишком сложный" или "лишний". Эти совершенно противоречит моему опыту: я считаю, что ZLayer - невероятно крутая технология! В предыдущих версиях ZIO действительно были проблемы (те, кто помнит тип данных Has[_], знают, о чем я говорю!), но с тех пор всё поменялось. В этой статье я покажу идиоматическое использование ZLayer для DI (dependency injection, внедрение зависимостей) и надеюсь продемонстрировать, как это позволяет делать сложные вещи очень простым способом.

Примечание: Я много лет работал с приложениями ZIO (ещё даже до выхода версии 1.0!), и в настоящее время я работаю над серверной частью большой многопользовательской онлайн-игры, полностью написанной на Scala и использующей ZIO. Примеры в этой статье основаны на этой кодовой базе.

Разбираемся в тонкостях разработки пакетов. Изучаем паттерны, которые применяются при создании пакетов и репозиториев в Nix.

Концепция функционального программирования (ФП) базируется на математических функциях. Такой подход принципиально отличается от императивного, в котором ключевыми элементами выступают изменения состояния кода и последовательное выполнение команд. В ФП основное внимание уделено вычислению тех или иных значений через функции.

В функциональных языках код проще тестировать, корректировать и поддерживать в рабочем состоянии. Функции в ФП — это объекты первого класса, которые передаются как аргументы, могут быть возвращены из других функций и храниться в переменных.

Еще одна характерная особенность функционального программирования — более предсказуемый, чистый и безопасный код. Поскольку функции сами по себе не меняют состояния программы, с ними легче работать. По этой причине ФП — более предпочтительный инструмент для создания сложных продуктов, в которых первостепенное значение имеют надежность и предсказуемость кода.

Haskell входит в число наиболее востребованных функциональных языков программирования. Для него характерна полная, строгая и статическая типизация и поддержка так называемых «ленивых» вычислений. Первоначально язык применялся в качестве инструмента для сугубо научных математических изысканий, но постепенно стал одним из наиболее востребованных на практике языков.

Задачи разработки компиляторов и интерпретаторов конфигурационных языков или даже полноценных Тьюринг-полных языков программирования время от времени встают перед разработчиками программного обеспечения. На практике, как правило, речь идёт о разработке предметно-ориентированных языков (англ. Domain Specific Language, DSL), проектируемых специально для решения узкого класса прикладных задач.

В статье рассматривается один из способов реализации DSL на примере разработки системы символьного дифференцирования, как в SymPy, с использованием парсер-комбинаторов peco и структурного сопоставления с образцом по PEP 636. Материал рассчитан на прикладных разработчиков, уже знакомых с Python, но, надеюсь, может быть полезен и продолжающим компиляторщикам.

Содержание пятой части:

Натуральные числа
Разложение в ряд
Производные от типов
Производные от экспоненциалов
Производные от рекурсивных типов

Содержание четвёртой части:

Обобщение свёрток/развёрток
Параморфизм и другие схемы рекурсии
Хистоморфизм
Футуморфизм

Сравнительно небольшая часть обзора, посвящённая свободным контейнерам. Содержание:

Свободный контейнер
Более свободный контейнер
Батуты
Ко-свободный контейнер
Промежуточный итог

Содержание второй части:

Неподвижные точки конструкторов типов
Начальная F-алгебра
Наибольшая неподвижная точка
Классы типов неподвижных точек