Процедурный (C)
- Структуры:
- `struct Book { int id; char *title; char *author; bool available; }`
- `struct Library { Book **by_id; HashTable *by_title; int capacity; int size; }` — хеш-таблица по id/заголовку, массив для хранения указателей.
- Приёмы:
- Чёткие функции: `library_init`, `add_book`, `remove_book`, `checkout`, `return_book`, `find_by_title`.
- Управление памятью вручную (malloc/free).
- Для конкурентного доступа — pthread mutex вокруг структур или отдельные блокировки для таблиц.
- Сложность:
- По id при хешировании: $O(1)$ в среднем.
- По заголовку при поиске без индекса: $O(N)$; с индексом (инверт. индекс или вторичная хеш-таблица) — $O(1)$ в среднем.
- Преимущества:
- Простота, низкий оверхед, предсказуемое поведение и контроль памяти.
- Легко интегрируется с низкоуровневыми библиотеками и СУБД.
- Недостатки:
- Много ручного кода (память, ошибки).
- Отсутствие абстракций — сложнее эволюционировать API и расширять поведение.
Объектно-ориентированный (Java/C++)
- Структуры:
- Классы `Book`, `User`, `Library` с полями и методами.
- Интерфейсы/абстрактные классы для хранилища: `Store { add(Book), getById(), search() }` — реализации: `InMemoryStore`, `SqlStore`.
- Приёмы:
- Инкапсуляция состояния внутри объектов, методы для операций (`library.checkout(bookId, user)`).
- Полиморфизм для смены бекенда хранения.
- Исключения для обработки ошибок, потокобезопасность через synchronized/locks/atomics или concurrent collections (Java ConcurrentHashMap).
- Сложность:
- Аналогично: поиск по id $O(1)$ с hashmap, по полю $O(N)$ или лучше при индексах.
- Преимущества:
- Хорошая модель для отображения сущностей и их поведения; легко расширять через наследование/композицию.
- Богатая экосистема (сериализация, ORM, транзакции).
- Недостатки:
- Более высокий рантайм-оверхед, сложность при мультипарадигменных требованиях.
- Возможность утечек состояния/побочных эффектов при неправильно спроектированной конкурентности.
Функциональный (Haskell / Elixir)
- Структуры:
- Haskell: использование неизменяемых структур: `Map Id Book`, `Map Title [Id]` (Data.Map или HashMap); типы `data Book = Book { id :: Id, title :: Text, author :: Text, available :: Bool }`.
- Elixir: словари/ETS/GenServer; `Map` или `:ets` таблицы для производительности.
- Приёмы:
- Чистые функции: `addBook :: Library -> Book -> Library` возвращает новое состояние (в Haskell).
- В Elixir часто используют процесс (GenServer) для хранения состояния и очередей, или `:ets` для эффективного доступа.
- Для сложной конкурентности: STM/TVars (Haskell) или supervision trees (Elixir).
- Сложность:
- Persistent Map операции: чтение/запись $O(\log N)$ для сбалансированных деревьев или амортизированно $O(1)$ для хеш-таблиц реализаций.
- Преимущества:
- Отсутствие мутаций по умолчанию упрощает рассуждения о корректности.
- Легко писать композиционные, тестируемые функции; в Elixir — городская устойчивость через OTP.
- Недостатки:
- В Haskell нужно явно управлять версионированием состояния (или применять монады состояния/STM), что может требовать иной архитектуры.
- Иммутабельность может приводить к копированию если не использовать эффективные persistent структуры; для масштабируемости нужен иной подход (пулы, процессы, внешнее хранилище).
Логический (Prolog)
- Структуры:
- Факты: `book(Id, Title, Author, available).` или `book(Id, Title, Author), checked_out(Id, User).`
- Правила: `can_checkout(User, Id) :- book(Id,_,_,available).`, `checkout(User,Id) :- retract(book(Id,Title,Author,available)), assert(book(Id,Title,Author,not_available)), assert(checked_out(Id,User)).`
- Приёмы:
- Запросы и сопоставление с образцом для мощного поиска: `findall(Id, book(Id, Title, _, _), L).`
- Для изменения состояния используют динамические предикаты `assert`/`retract` или описывают состояние как аргумент и возвращают новое состояние (чистый стиль).
- Индексация по первому аргументу у большинства реализаций Prolog ускоряет поиск по id.
- Сложность:
- Поиск через backtracking без индексов — $O(N)$; с индексом по ключу — эффективнее (зависит от реализации).
- Преимущества:
- Очень удобен для выразительных запросов и сложных правил (рекомендации, ограничения, дедукция).
- Быстрое прототипирование логики поиска и согласований.
- Недостатки:
- Мутации состояния и побочные эффекты неудобны/непрозрачны; многопоточность и масштабирование сложнее.
- Производительность и контроль над структурой данных хуже по сравнению с императивными реализациями.
Краткое сравнение по критериям
- Простота и контроль: C (процедурный) — максимум контроля, больше кода.
- Расширяемость/моделирование домена: OOP — естественно моделирует сущности и поведение.
- Безопасность/параллелизм: функциональный — меньше ошибок из-за мутаций; в Elixir — готовые примитивы для масштабирования.
- Выражение сложных правил/поиска: Prolog — просты и мощны для дедуктивных задач.
- Производительность индексов/поиска: все могут обеспечить $O(1)$ по id при использовании хеш-индекса; различные реализации дают разные амортизационные коэффициенты.
Выбор зависит от требований: если нужен низкоуровневый контроль и скорость — C/C++; если богатая доменная логика и расширяемость — OOP; если корректность, тестируемость и масштабируемость — функциональный; если много правил/выводов — логический.