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 d’une grande 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.

Un exemple de ce paradigme peut être vu lors de l’interrogation de bases de données SQL. Au lieu de dire explicitement comment vous voulez que les données soient récupérées, vous spécifiez simplement les données que vous voulez récupérer.

La programmation fonctionnelle elle-même 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 entrées, 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 ont été créées, et elle évite également les états partagés, où les mêmes données peuvent être consultées et modifiées par différentes parties d’un programme.

Étant donné que la programmation fonctionnelle s’appuie 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 l’expression plutôt que sur les déclarations et évite donc les déclarations en boucle telles que for et while. Cela a pour but de rendre la logique du programme facile à suivre et à déboguer.

Types de langages de programmation fonctionnelle

Il existe deux principaux types de langages de programmation fonctionnelle. Il s’agit des suivants :

• Leslangages purement fonctionnels – Il s’agit de langages de programmation qui prennent en charge, 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 le fait que les fonctions n’ont 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, Ruby, Java, Kotlin et 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 demander 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 populaires, citons

#1. Haskell

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

En plus de l’inférence de type, le langage offre un support pour 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 à son adhésion stricte aux principes de la 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, citons 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 de bord, qui sont des concepts clés de la programmation fonctionnelle.

Comme JavaScript n’est pas un langage de programmation purement fonctionnel comme Haskell, l’utilisation d’une bibliothèque comme Ramda vous permet d’utiliser la programmation fonctionnelle et d’en récolter les bénéfices en termes de performances 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, fonctionne sur la machine virtuelle BEAM et est utilisé par des entreprises telles que Heroku, Discord, change.org et Duffel, entre autres.

En tant que langage de programmation fonctionnelle, 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 manière l’environnement externe en dehors de leur champ d’application.

Voici quelques exemples de fonctions pures

//fonction permettant de calculer le carré d'un nombre
function square(x) {
    return x * x ;
}

//fonction permettant d'additionner deux 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. Immuabilité

Dans la 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 apporter une modification à la variable ou effectuer une opération sur celle-ci, vous pouvez créer une nouvelle variable pour stocker les données mises à jour sans altérer 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.

Vous trouverez ci-dessous un exemple de fonction d’ordre supérieur :

// Une fonction d'ordre supérieur qui renvoie une fonction qui multiplie
// un nombre par un facteur donné
function multiplier(factor) {
    return function (number) {
      return number * factor ;
    }
  }
  
const double = multiplicateur(2) ; 
const triple = multiplicateur(3) ;
const quadruple = multiplicateur(4) ;
  
console.log(double(5)) ; // Sortie : 10
console.log(triple(5)) ; // Sortie : 15
console.log(quadruple(5)) ; // Sortie : 20

#4. La récursivité

Étant donné que la programmation fonctionnelle repose sur des expressions plutôt que sur des instructions, les instructions de flux de contrôle telles que les boucles for et while sont évitées 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. Grâce à la récursivité, un problème complexe est décomposé 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 une solution au problème complexe plus important.

#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 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 que vous utilisez. Cela permet d’écrire un code plus concis et plus facile à lire.

#6. Sans état

La programmation fonctionnelle met l’accent sur le 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.

Comme chaque fonction ne doit traiter qu’une entrée donnée sans se soucier des effets secondaires des autres parties du programme, les problèmes complexes peuvent être décomposés 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.

Étant donné que la programmation fonctionnelle utilise des états immuables, plusieurs parties d’un programme ne peuvent jamais modifier 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.

Amélioration de 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 nécessite de décomposer les problèmes complexes en sous-problèmes plus petits et de 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.

Tests et débogage plus faciles

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

La programmation fonctionnelle est donc intrinsèquement facile à tester et à déboguer, car vous n’avez pas besoin de suivre une variable et la façon dont elle change dans les différentes parties d’un programme.

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

Prise en charge de la concurrence et du parallélisme

Comme la programmation fonctionnelle encourage 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 s’avérer 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 mettre plus de temps à maîtriser la programmation fonctionnelle, surtout s’ils viennent de langages qui utilisent des états mutables, comme dans la programmation orientée objet.

Une autre limite de la programmation fonctionnelle découle de son principe fondamental d’immuabilité. 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’elle puisse être un peu difficile à assimiler, les développeurs ont tout à gagner à se familiariser avec ce paradigme et avec les différentes manières d’implémenter la programmation fonctionnelle lorsqu’ils écrivent des programmes.

Puisque 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 quelques ressources pour apprendre Python pour les débutants.