PROGRAMMATION FONCTIONNELLE: CARACTÉRISTIQUES, EXEMPLES, AVANTAGES, INCONVÉNIENTS - LA TECHNOLOGIE - 2024

La programmation fonctionnelle correspond à la programmation de modèle est basée sur le concept de déclaration du comportement d'un programme comme un modèle mathématique fonctionnel plutôt que des séquences explicites d'instructions à un processeur, qui est le concept principal de la programmation impérative.

Le langage fonctionnel met l'accent sur les déclarations et les termes plutôt que sur l'exécution d'instructions. Dans cette programmation, le résultat dépendra uniquement des paramètres passés à une fonction, contrairement aux autres types qui obéissent à un état local ou global.

Diagramme du fonctionnement de la fonction de mappage dans le langage de programmation fonctionnelle Haskell. Source: Par Pluke - Travail personnel, CC0 commons.wikimedia.org.

Son nom vient des fonctions mathématiques, qui sont l'affectation d'un ensemble d'entrées à un ensemble de sorties. Une fonction mathématique ne fait pas vraiment de travail, mais décrit plutôt le modèle d'un processus, expliquant au moyen d'une formule ce qu'un ensemble d'entrées produit dans une fonction.

Idées de base

La base sur laquelle reposait la programmation fonctionnelle était le calcul lambda, qui a été développé au cours de la troisième décennie du 20e siècle pour définir et appliquer des fonctions. LISP a été le premier langage de programmation du genre, conçu en 1960.

Bien que la plupart des langages de programmation se composent d'entrées, de sorties et de variables externes qui peuvent être définies ou utilisées à partir de fonctions, la programmation fonctionnelle évite cela. L'idée est que chaque fois qu'une fonction est appelée avec les mêmes paramètres, elle doit renvoyer la même valeur.

caractéristiques

Les langages de programmation fonctionnels sont appelés applications, car les fonctions sont appliquées à leurs paramètres, ainsi que déclaratives et non procédurales, puisque les définitions spécifient ce qui doit être calculé et non comment il est calculé.

Fonctions pures

Une fonction est pure lorsqu'elle n'a pas d'effets secondaires observables, tels que la modification de variables externes, les modifications du système de fichiers, etc.

Ces fonctions sont considérées comme convaincantes car elles ne modifieront pas expressément les variables dont d'autres parties du code pourraient dépendre à un moment donné. Il semblerait difficile de coder avec ces contraintes, mais ces fonctions doivent être considérées comme déterministes, prévisibles et composables.

Fonctionnalités de première classe

Les fonctions sont considérées comme des valeurs pouvant être affectées à des variables, de sorte qu'elles peuvent être transmises et renvoyées par d'autres fonctions. Autrement dit, une fonction peut être utilisée comme s'il s'agissait d'un paramètre ou d'une valeur renvoyée.

Cela implique que la fonction peut être transmise en tant que telle, plutôt que simplement le résultat de la fonction. Par exemple, considérons la fonction double (x), qui renvoie deux fois la valeur de son paramètre d'entrée. Ainsi, double (2) renverrait 4.

Comme il s'agit d'une fonction de première classe, le code (double (double (2)) serait le même que le code double (4). Cela vous permet d'imbriquer une fonction en tant que paramètre d'une autre et ainsi de suite.

Transparence référentielle

Cela fait référence au fait que dans ce modèle de programmation, il n'y a pas d'instructions d'affectation. Autrement dit, vous devez définir de nouvelles variables si vous souhaitez stocker des valeurs supplémentaires. Par conséquent, l'état d'une variable est constant à tout moment.

Ceci élimine la moindre possibilité d'effets indésirables, car toute variable peut être remplacée par sa valeur réelle à n'importe quel point d'exécution du programme.

Récursion

En programmation fonctionnelle, il n'y a pas de boucles «for» et «while». Au lieu de cela, l'itération repose sur la récursivité. La récursivité est implémentée à l'aide de fonctions récursives, qui s'appellent elles-mêmes de manière répétitive jusqu'à ce que le cas de base soit atteint.

Immutabilité

Les variables sont immuables, c'est-à-dire qu'il n'est pas possible de modifier une variable une fois qu'elle a été initialisée. Bien que vous puissiez créer une nouvelle variable, la modification des variables existantes n'est pas autorisée.

Exemples

Approches impératives et déclaratives

Avec un exemple, vous pouvez analyser la différence entre ces approches, en effectuant la même opération dans les deux arrangements, qui consiste à filtrer les nombres impairs d'une liste en substituant 5 aux nombres pairs inférieurs à 5.

C'est le même calcul, avec le même résultat. Cependant, comme vous pouvez le voir, le code impératif est détaillé et pas immédiatement clair. D'autre part, l'approche déclarative est lisible et explicite, car elle se concentre sur ce que vous voulez obtenir.

Fonctions pures

Ce qui est défini comme des fonctions pures et impures peut être clarifié avec quelques exemples de base:

Fonctions comme des objets de première classe

Cela signifie utiliser les fonctions de la même manière que les données. Par conséquent, ils peuvent être passés en tant que paramètres à une autre fonction. Dans l'exemple suivant, la fonction int peut être transmise en tant que paramètre à la fonction map:

>>> liste (carte (int,))

Ils peuvent être affectés à des variables et renvoyés. Par exemple, dans le code suivant, vous pouvez affecter la fonction hello_world, puis exécuter la variable en tant que fonction.

avantage

- Concentrez-vous sur ce que vous voulez réaliser (déclaratif) et non sur la manière d'y parvenir (impératif).

- Ils ne contiennent pas d'instructions d'affectation, donc une fois que les variables reçoivent une valeur, elles ne changeront plus. Par conséquent, les programmes fonctionnels ne contiennent aucun effet secondaire.

- Le flux logique est clair, car l'état est moins dispersé et n'est pas modifié implicitement.

- Prend en charge le concept d'évaluation paresseuse, ce qui signifie que la valeur n'est évaluée et stockée que lorsque cela est nécessaire.

- Les fonctions pures ne changeant aucun état et étant totalement dépendantes de l'entrée, elles sont faciles à comprendre. La valeur de retour donnée par ces fonctions est la même que le résultat produit par elles.

- En raison de la nature des fonctions pures pour éviter que les variables ou toute donnée externe changent, la mise en œuvre de la concurrence devient effective.

- Les fonctions sont traitées comme des valeurs, passant à d'autres fonctions comme paramètres. Cela améliore la compréhension et la lisibilité du code.

- Les fonctions pures prennent les paramètres une fois, produisant une sortie immuable. L'utilisation de valeurs inaltérables facilite le débogage et les tests.

Plus court et plus facile à comprendre

Ils sont plus courts et plus faciles à comprendre que les impératifs. Des études ont montré que la productivité moyenne des programmeurs en termes de lignes de code est plus ou moins la même pour n'importe quel langage de programmation, ce qui se traduit par une productivité plus élevée.

Pas de flux de contrôle

L'appel d'une fonction ne peut pas avoir un effet différent du calcul de son résultat. Cela exclut une source importante d'erreurs, ce qui rend également l'ordre d'exécution non pertinent, car aucun effet secondaire ne peut modifier la valeur d'une expression, et elle peut être évaluée à tout moment.

Le programmeur est soulagé de la charge d'établir un flux de contrôle. Les expressions pouvant être évaluées à tout moment, les variables peuvent être remplacées par leurs valeurs.

Cette autonomie rend les programmes fonctionnels plus gérables mathématiquement que les programmes conventionnels.

Désavantages

- Le paradigme de la programmation fonctionnelle n'est pas simple, il est donc difficile à comprendre pour un débutant.

- Il est difficile à maintenir, car de nombreux objets évoluent lors de l'encodage.

- Dans certains cas, l'écriture de fonctions pures entraîne une réduction de la lisibilité du code.

- Les valeurs immuables associées à la récursivité peuvent entraîner une réduction drastique des performances du système.

- La réutilisation est très compliquée et nécessite une refactorisation constante.

- Ecrire des programmes dans un style récursif au lieu d'utiliser des boucles ou des boucles peut être une tâche très ardue.

- Les objets peuvent ne pas représenter correctement le problème.

- Bien que l'écriture de fonctions pures s'avère simple, les combiner avec le reste de l'application et avec les opérations d'entrée / sortie est assez difficile

Applications

La programmation de l'intelligence artificielle est effectuée dans des langages de programmation fonctionnels et les techniques d'intelligence artificielle migrent vers des applications du monde réel.

Il excelle également dans la mise en œuvre de modèles mathématiques complexes. Pour cette raison, l'une des principales utilisations des langages fonctionnels est traditionnellement académique. Il est utile pour développer des spécifications exécutables et des implémentations prototypes.

De nombreux langages fonctionnels excellent également dans la mise en œuvre du traitement parallèle. Cela est dû à sa capacité à tirer parti des fonctions pures, qui renvoient toujours la même valeur quel que soit l'ordre dans lequel elles sont exécutées.

Méthodologie fonctionnelle

WhatsApp utilise le langage de programmation Erlang, qui suit le modèle de programmation fonctionnelle, permettant ainsi à plus d'une centaine de ses employés de gérer les données appartenant à quelque 1,6 milliard de personnes.

Haskell est un autre vecteur important du style de programmation fonctionnelle. Il est utilisé par Facebook dans son système antispam. Même JavaScript, l'un des langages de programmation les plus utilisés, affiche les propriétés d'un langage fonctionnel à typage dynamique.

Langages prenant en charge la programmation fonctionnelle

ré

Il a été conçu après C ++, obtenant tous ses avantages tout en éliminant ses faiblesses observées de devoir être compatible avec C.

Erlang

Il est hautement évolutif et simultané, ce qui le rend idéal pour les télécommunications et autres applications qui reçoivent des quantités massives de données dans un ordre imprévisible.

Haskell

Il s'agit d'un pur langage de programmation fonctionnel, qui utilise le calcul Lambda.

ML

Il est utilisé dans des applications mathématiques, scientifiques, financières, analytiques et autres. L'une de ses forces est de créer des logiciels pour gérer d'autres programmes.

Objectif Caml

C'est un langage open source basé sur Caml. Il a tendance à créer des programmes très légers, les aidant à se charger et à s'exécuter plus rapidement que ceux créés par d'autres langages.

Schème

Il est basé sur la syntaxe LISP et la structure ALGOL. En raison de sa simplicité, il est utilisé dans de nombreux cours d'informatique comme une introduction à la conception de programmes pour montrer certains des principes fondamentaux de la programmation informatique.

Références

1. Qui héberge ceci (2019). Apprenez la programmation fonctionnelle: ce style de codage vous épatera. Tiré de: whoishostingthis.com.
2. Andrea Bertoli (2019). Une introduction adéquate à la programmation fonctionnelle. Tiré de: dev.to.
3. Hacker Earth (2020). Programmation fonctionnelle. Tiré de: hackerearth.com.
4. Clojure (2020). Programmation fonctionnelle. Tiré de: clojure.org.
5. Akhil Bhadwal (2020). Programmation fonctionnelle: concepts, avantages, inconvénients et applications. Pirater. Tiré de: hackr.io.
6. Guru99 (2020). Qu'est-ce que la programmation fonctionnelle? Tutoriel avec exemple. Tiré de: guru99.com.