La programmation fonctionnelle expliquée en 5 minutes [Avec des exemples]

La création d'un logiciel est un processus très technique et difficile qui nécessite une planification et une stratégie pour formuler la bonne façon de résoudre un problème à l'aide du logiciel.

À cet égard, il est important de prendre en compte le paradigme de programmation choisi avant de développer un logiciel.

Un paradigme de programmation est un modèle ou une approche de la programmation qui fournit des caractéristiques, des modèles, des principes, des règles et des styles de conception, de structuration et d'écriture de programmes informatiques.

La programmation orientée objet (POO), la programmation procédurale, la programmation événementielle et la programmation fonctionnelle, entre autres, sont des exemples de paradigmes de programmation populaires.

La programmation fonctionnelle, en particulier, a fait l'objet de beaucoup d'attention ces derniers temps, car elle promet un code moins bogué, hautement réutilisable et facile à maintenir. Qu'est-ce que la programmation fonctionnelle ?

La programmation fonctionnelle est un sous-paradigme du paradigme de la programmation déclarative. La programmation déclarative est un paradigme qui se concentre sur l'écriture d'un code décrivant ce qu'un programme doit faire plutôt que la manière dont le programme doit le faire.

L'interrogation de bases de données SQL en vue d'obtenir des données en est un exemple. Au lieu d'indiquer explicitement comment vous voulez que les données soient récupérées, vous spécifiez simplement les données que vous voulez récupérer.

La programmation fonctionnelle est un paradigme permettant de construire des programmes informatiques à l'aide d'expressions et de fonctions pures qui sont appliquées en séquence pour résoudre des problèmes ou obtenir les résultats souhaités.

Dans la programmation fonctionnelle, l'ensemble des fonctionnalités d'un programme est divisé en fonctions pures réutilisables et à responsabilité unique. Tout ce qui se passe dans le programme se fait par l'intermédiaire de fonctions pures.

Une fonction pure est une fonction déterministe qui, lorsqu'elle reçoit les mêmes valeurs d'entrée, renvoie la même sortie et n'affecte aucune autre partie de l'application.

Le résultat d'une fonction pure dépend donc uniquement de son entrée et non d'une variable globale dans l'application qui peut modifier les résultats de la fonction.

Ces fonctions pures reçoivent des données d'entrée, les traitent localement et produisent une sortie sans modifier aucune autre partie du programme.

La programmation fonctionnelle utilise des données immuables, c'est-à-dire des données qui ne peuvent pas être modifiées une fois qu'elles sont créées, et elle évite également les états partagés, où les mêmes données peuvent être consultées et modifiées par différentes parties d'un programme.

La programmation fonctionnelle s'appuyant fortement sur les fonctions, celles-ci sont considérées comme des citoyens de première classe, ce qui signifie qu'elles peuvent être transmises en tant qu'argument, enregistrées dans une variable et renvoyées par une autre fonction.

En outre, la programmation fonctionnelle s'appuie fortement sur des expressions plutôt que sur des énoncés et évite donc les énoncés de boucle tels que pour et alors que. Cela permet de faciliter le suivi et le débogage de la logique du programme.

Types de langages de programmation fonctionnels

Il existe deux types principaux de langages de programmation fonctionnels. Il s'agit des langages suivants

• Langages purement fonctionnels - Il s'agit de langages de programmation qui soutiennent, appliquent et encouragent l'utilisation de paradigmes fonctionnels tels que l'utilisation de fonctions pures de première classe, l'immuabilité des états et des données, et des fonctions n'ayant pas d'effets secondaires sur d'autres parties du programme. Parmi les exemples de langages purement fonctionnels, on peut citer Haskell, Agda, Clean, Idris, Futhark et Elm, entre autres.
• Langages fonctionnels impurs - Il s'agit de langages qui prennent en charge les paradigmes de programmation fonctionnelle, mais qui autorisent également l'utilisation de fonctions impures, de mutations de l'état d'un programme et d'opérations ayant des effets secondaires. Parmi les exemples de langages fonctionnels impurs, on peut citer Javascript, Rust, Erlang, Python, Rubis, Java, Kotlinet Clojure, entre autres.

Les développeurs utilisent aussi bien des langages purement fonctionnels que des langages fonctionnels impurs. Toutefois, le passage à un langage purement fonctionnel peut prendre beaucoup de temps et d'efforts si vous n'avez jamais utilisé la programmation fonctionnelle auparavant.

Langages et bibliothèques de programmation fonctionnelle

Parmi les langages de programmation fonctionnelle et les bibliothèques les plus répandus, on peut citer

#1. Haskell

Haskell est un langage de programmation statiquement typé, paresseux et purement fonctionnel, considéré comme l'incarnation du paradigme de la programmation fonctionnelle.

Outre l'inférence de type, le langage prend en charge l'évaluation paresseuse, où les expressions ne sont évaluées que lorsque leurs résultats sont nécessaires. Haskell prend également en charge la programmation concurrente, et sa compilation s'accompagne d'un ramasse-miettes très performant et d'une bibliothèque concurrentielle légère.

Grâce à son utilisation et au respect strict des principes de programmation fonctionnelle, Haskell peut faciliter la construction de systèmes logiciels complexes ainsi que leur maintenance.

Pour de nombreux acteurs de l'industrie, Haskell est le langage de prédilection pour la construction de systèmes autonomes ou de langages spécifiques à un domaine. Il est également largement utilisé dans les universités et la recherche. Parmi les entreprises qui utilisent Haskell, on peut citer Microsoft, Github, Hasura et Lumi, entre autres.

#2. Ramda

Ramda est une bibliothèque de programmation fonctionnelle pour le langage JavaScript. Ramda simplifie la construction d'une logique complexe grâce à la composition fonctionnelle et fournit un ensemble de fonctions utilitaires qui encouragent et soutiennent l'utilisation des principes de programmation fonctionnelle en JavaScript.

Ramda permet également d'utiliser facilement des objets immuables et des fonctions sans effets secondaires, qui sont des concepts clés de la programmation fonctionnelle.

Étant donné que JavaScript n'est pas un langage de programmation purement fonctionnel comme Haskell, l'utilisation d'une bibliothèque comme Ramda permet d'utiliser la programmation fonctionnelle et de bénéficier des avantages en termes de performances de la programmation fonctionnelle tout en utilisant JavaScript.

#3. Elixir

Elixir est un langage de programmation fonctionnel polyvalent et concurrent, conçu pour être évolutif, facile à maintenir et tolérant aux pannes. Le langage a été créé en 2011 par Jose Valim, et fonctionne sur le système BEAM machine virtuelleet est utilisé par des entreprises telles que Heroku, Discord, change.org et Duffel, entre autres.

En tant que langage de programmation fonctionnel, Elixir encourage l'immutabilité des états et des données, l'utilisation de fonctions pures lors de l'écriture du code et la transformation des données.

Concepts clés de la programmation fonctionnelle

#1. Fonctions pures

La programmation fonctionnelle fait un usage intensif des fonctions pures. Les fonctions pures ont deux caractéristiques principales. Premièrement, elles produisent la même sortie pour la même entrée, quels que soient les facteurs externes, ce qui les rend déterministes par nature et donc prévisibles.

Deuxièmement, les fonctions pures n'ont pas d'effets secondaires. En d'autres termes, elles ne modifient en aucune façon l'environnement externe en dehors de leur champ d'application.

Voici quelques exemples de fonctions pures :

//function to calculate the square of a number
function square(x) {
    return x * x;
}

//function to add two variables
function add(a, b) {
    return a + b
}

Les fonctions ci-dessus renvoient la même sortie pour les mêmes entrées et n'ont pas d'effets secondaires en dehors de leur champ d'application.

#2. Immutabilité

En programmation fonctionnelle, les données utilisées sont immuables. Cela signifie qu'une fois que les variables ont été initialisées, elles ne peuvent plus être modifiées. Cela garantit la préservation de l'état d'une variable tout au long du programme.

Si vous souhaitez modifier la variable ou effectuer une opération sur celle-ci, vous pouvez créer une nouvelle variable pour stocker les données mises à jour sans modifier la variable initiale.

#3. Fonctions d'ordre supérieur

Les fonctions d'ordre supérieur sont des fonctions qui acceptent une ou plusieurs fonctions comme arguments et/ou renvoient une fonction.

Les fonctions d'ordre supérieur sont utiles dans la programmation fonctionnelle car elles permettent de combiner plusieurs fonctions pour en créer de nouvelles, d'utiliser des rappels, d'abstraire des modèles courants en fonctions réutilisables et, enfin, d'écrire un code plus concis et plus expressif.

Un exemple de fonction d'ordre supérieur est présenté ci-dessous :

// A higher-order function which returns a function that multiplies
// a number by a given factor
function multiplier(factor) {
    return function (number) {
      return number * factor;
    }
  }
  
const double = multiplier(2); 
const triple = multiplier(3);
const quadruple = multiplier(4);
  
console.log(double(5)); // Output: 10
console.log(triple(5)); // Output: 15
console.log(quadruple(5)); // Output: 20

#4. Récursion

Étant donné que la programmation fonctionnelle repose sur des expressions plutôt que sur des énoncés, les énoncés de flux de contrôle tels que les boucles for et while sont évités dans ce paradigme. Ces instructions de boucle sont, à leur tour, remplacées par la récursivité, qui est utilisée pour effectuer des itérations dans la programmation fonctionnelle.

La récursivité implique qu'une fonction s'appelle elle-même à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'une condition de sortie soit remplie. La récursivité permet de décomposer un problème complexe en sous-problèmes plus petits et plus simples, qui sont ensuite résolus de manière récurrente jusqu'à ce qu'un cas de base soit atteint, fournissant ainsi une solution au problème complexe plus vaste.

#5. Programmation déclarative

La programmation fonctionnelle est un sous-paradigme du paradigme plus large de la programmation déclarative, qui englobe les paradigmes de programmation qui se concentrent sur l'écriture du code en termes de ce qui doit être fait au lieu d'indiquer explicitement comment le faire.

À cet égard, lorsque vous utilisez le paradigme de la programmation fonctionnelle, votre code doit décrire ce qui doit être réalisé ou le problème à résoudre.

La manière d'y parvenir dépend du langage de programmation utilisé. Cela permet d'écrire un code plus concis et plus lisible.

#6. Apatride

La programmation fonctionnelle met l'accent sur un code sans état, dans lequel le code ne maintient pas un état global qui peut être modifié par des fonctions. Les résultats des fonctions dépendent uniquement de l'entrée transmise et ne peuvent être influencés par des dépendances sur d'autres parties du code.

Les fonctions utilisées ne peuvent pas modifier un état ou une variable du programme qui se trouve en dehors de leur champ d'application.

#7. Exécution parallèle

Comme la programmation fonctionnelle utilise des états immuables, des fonctions pures et des données immuables, elle permet l'exécution parallèle de plusieurs calculs simultanément.

Étant donné que chaque fonction ne doit traiter qu'une entrée donnée sans se soucier des effets secondaires d'autres parties du programme, les problèmes complexes peuvent être divisés en sous-problèmes plus petits et exécutés simultanément en parallèle, ce qui permet d'améliorer les performances et l'efficacité.

Avantages de la programmation fonctionnelle

Voici quelques-uns des avantages de la programmation fonctionnelle :

Moins de bogues dans les logiciels

Outre le fait que le code mettant en œuvre le paradigme de la programmation fonctionnelle est plus lisible et plus facile à comprendre en raison de l'utilisation de fonctions pures, la programmation fonctionnelle permet d'écrire du code avec moins d'erreurs.

Comme la programmation fonctionnelle utilise des états immuables, il n'y a jamais plusieurs parties d'un programme qui modifient l'état d'une variable ou de l'ensemble du programme. Il en résulte moins d'erreurs qui auraient pu résulter de la modification de données à partir de plusieurs endroits en raison d'états partagés.

Améliore la lisibilité du code

La programmation fonctionnelle est un sous-paradigme du paradigme déclaratif, qui met l'accent sur l'écriture d'un code décrivant ce qui doit être fait plutôt que la manière de le faire. Cette approche, associée à l'utilisation de fonctions pures, permet d'obtenir un code explicite, plus facile à lire et à comprendre, et facile à maintenir.

Améliorer la réutilisation du code

La mise en œuvre de la programmation fonctionnelle consiste à décomposer les problèmes complexes en sous-problèmes plus petits et à résoudre ces problèmes à l'aide de fonctions pures. Ces fonctions peuvent facilement être composées et réutilisées pour résoudre d'autres problèmes complexes. Grâce à l'utilisation de fonctions pures et d'états immuables, la programmation fonctionnelle permet d'écrire un code hautement réutilisable.

Faciliter les tests et le débogage

La programmation fonctionnelle utilise des fonctions pures qui n'ont pas d'effets secondaires, dépendent uniquement de leurs entrées et produisent des résultats déterministes cohérents pour le même ensemble d'entrées.

La programmation fonctionnelle est donc intrinsèquement facile à tester et à déboguer, car il n'est pas nécessaire de suivre une variable et son évolution dans les différentes parties d'un programme.

Comme il n'y a pas de dépendances dans la programmation fonctionnelle, le débogage et les tests sont plus faciles car vous pouvez cibler des parties spécifiques d'un programme.

Prise en charge de la concurrence et du parallélisme

La programmation fonctionnelle encourageant l'absence d'état et l'immuabilité des données, elle permet d'exécuter en toute sécurité plusieurs fonctions pures en parallèle ou simultanément. La possibilité d'exécuter plusieurs opérations en parallèle se traduit par de meilleures vitesses de traitement et une meilleure utilisation des processeurs dotés de plusieurs cœurs.

En tant que paradigme de programmation, la programmation fonctionnelle peut contribuer à l'écriture d'un code plus lisible et plus facile à comprendre, avec moins d'erreurs et une excellente prise en charge du parallélisme, ce qui permet une utilisation efficace des processeurs multicœurs. La programmation fonctionnelle permet de construire des systèmes logiciels plus fiables et plus facilement extensibles.

Limites de la programmation fonctionnelle

Bien que la programmation fonctionnelle ait beaucoup à offrir, elle s'accompagne d'une courbe d'apprentissage qui exige des développeurs qu'ils investissent beaucoup de temps et d'efforts pour apprendre à utiliser ce paradigme. En effet, elle introduit de nouvelles façons de structurer le code et de nouveaux concepts de programmation.

Le codage à l'aide de la programmation fonctionnelle peut être extrêmement complexe et difficile, car il n'utilise pas de fonctions plus intuitives telles que les boucles "for" et "while". Il n'est pas facile d'écrire des programmes de manière récursive.

Par conséquent, les développeurs peuvent avoir besoin de plus de temps pour maîtriser la programmation fonctionnelle, en particulier lorsqu'ils viennent de langages qui utilisent des états mutables, comme dans la programmation orientée objet.

Une autre limitation de la programmation fonctionnelle découle de son principe fondamental d'immutabilité. Étant donné que les données et les états sont mutables et que de nouvelles structures de données sont créées au lieu de modifier les structures existantes, la programmation fonctionnelle utilise davantage d'espace de stockage. La nature immuable de la programmation fonctionnelle peut également entraîner une baisse des performances des applications.

Conclusion

Bien que la programmation fonctionnelle existe depuis longtemps, elle est devenue un paradigme à la mode ces derniers temps. Bien qu'il puisse être un peu difficile à assimiler, les développeurs ont tout à gagner à se familiariser avec ce paradigme et avec les différentes façons de mettre en œuvre la programmation fonctionnelle lorsqu'ils écrivent des programmes.

Comme vous n'avez pas besoin d'utiliser des langages de programmation purement fonctionnels tels que Haskell, vous pouvez mettre en œuvre des concepts de programmation fonctionnelle dans des langages tels que Javascript, Java, Python et Kotlin et récolter les avantages de la programmation fonctionnelle dans vos projets.

Vous pouvez également explorer certaines ressources pour apprendre Python pour les débutants.