Qu'est-ce que la programmation déclarative ?

La programmation déclarative est un paradigme qui se concentre sur est ce que nous faisons le programme devrait accomplir plutôt que how il devrait y parvenir. Les exemples courants incluent SQL pour les requêtes de base de données et HTML pour la structure des pages Web.

Qu’est-ce que la programmation déclarative ?

La programmation déclarative est une paradigme de programmation dans laquelle l'accent est mis sur la description des résultats ou des objectifs souhaités plutôt que sur le détail des étapes spécifiques pour les atteindre. Dans cette approche, un programmeur écrit du code qui exprime est ce que nous faisons le programme devrait faire, sans programmation explicite how cela doit être fait. Cela est réalisé en définissant la logique de calcul sans dicter le flux de contrôle, laissant le système sous-jacent déterminer la manière la plus efficace d'exécuter les instructions.

Un exemple de programmation déclarative

L’un des exemples les plus courants de programmation déclarative est l’utilisation SQL (langage de requête structuré) pour interroger un base de données. SQL vous permet de spécifier est ce que nous faisons données que vous souhaitez récupérer sans détailler how la base de données doit effectuer la récupération.

SELECT name, age

FROM users

WHERE age > 30;

Dans cet exemple, la requête SQL récupère le nom et l'âge de tous les utilisateurs de la table des utilisateurs qui ont plus de 30 ans :

Aspect déclaratif. Le code spécifie le résultat souhaité—qui consiste à obtenir le nom et l’âge des utilisateurs de plus de 30 ans.
Aucun flux de contrôle. Il ne précise pas comment la base de données doit rechercher les données, comment elle doit optimiser la requête ou comment elle doit trier les enregistrements. Tout cela est géré par le moteur de base de données.

Comment fonctionne la programmation déclarative ?

Voici comment fonctionne la programmation déclarative :

Abstractions de haut niveau. Déclaratif langages de programmation ou les frameworks fournissent des abstractions de haut niveau qui vous permettent d'exprimer directement les résultats souhaités. Au lieu de détailler chaque étape du calcul, vous définissez les propriétés, les conditions ou les règles qui décrivent l'état final ou la sortie.
Expression de la logique. Dans la programmation déclarative, vous décrivez la logique du calcul. Par exemple, dans SQL, vous exprimez les conditions dans lesquelles les données doivent être récupérées, ou dans lesquelles HTML, vous décrivez la structure d'une page Web. La logique est exprimée en termes de ce que vous souhaitez réaliser plutôt que de la manière de le réaliser.
Exécution sous-jacente. Le système sous-jacent, tel qu'un moteur de base de données, un navigateur ou un compilateur, interprète les code déclaratif et détermine la meilleure façon de l'exécuter. Ce système est responsable de la gestion du flux de contrôle, de l'optimisation et des stratégies d'exécution en fonction des instructions déclaratives fournies.
Gestion de l'État. La programmation déclarative fait généralement abstraction de la gestion des états. Vous n'avez pas besoin de gérer explicitement les changements ou les transitions d'état. Par exemple, dans la programmation fonctionnelle (un sous-ensemble de la programmation déclarative), les fonctions sont pures, ce qui signifie qu'elles n'ont pas d'effets secondaires ou ne dépendent pas d'un état externe. Cela permet d'obtenir un code plus prévisible et plus compréhensible.
Stratégies d'évaluation. De nombreux langages déclaratifs utilisent des stratégies d'évaluation spécifiques pour optimiser les performances et l'exécution. Par exemple, l'évaluation paresseuse dans les langages de programmation fonctionnelle retarde le calcul des expressions jusqu'à ce que leurs valeurs soient réellement nécessaires. Cela peut conduire à des améliorations des performances et à une réduction de la consommation de ressources.
Concentrez-vous sur le quoi, pas sur le comment. En fin de compte, la programmation déclarative permet aux développeurs de se concentrer sur est ce que nous faisons le résultat final devrait être, laissant de côté les complexités de how pour y parvenir jusqu'au système sous-jacent. Cette séparation des préoccupations conduit souvent à un code plus concis, plus facile à comprendre et plus facile à maintenir.

Types de programmation déclarative

La programmation déclarative englobe différents types qui se concentrent sur la description de ce qu'un programme doit faire plutôt que sur la manière dont il doit être exécuté. Ces types sont adaptés à différents domaines et problèmes, en exploitant l'idée fondamentale de spécifier les résultats sans détailler les étapes à suivre pour les atteindre. Chaque type de programmation déclarative offre des approches et des outils uniques qui font abstraction des détails d'implémentation, permettant aux développeurs de se concentrer sur la logique et les relations au sein de leur code.

Programmation fonctionnelle

La programmation fonctionnelle est un paradigme déclaratif dans lequel les programmes sont construits en appliquant et en composant des fonctions. Elle met l'accent sur l'immuabilité, les fonctions de première classe et l'absence d'effets secondaires. Dans la programmation fonctionnelle, les fonctions sont traitées comme des fonctions mathématiques, produisant la même sortie pour la même entrée sans modifier aucun état externe. Cela conduit à un code plus prévisible et plus facile à tester.

Programmation logique

La programmation logique consiste à exprimer la logique et les relations entre les faits à l'aide de règles. Un programme écrit dans un langage de programmation logique, comme Prolog, se compose d'un ensemble de règles et de faits. L'interpréteur du langage recherche des solutions en déduisant des relations et en faisant correspondre des modèles, ce qui permet au programmeur de spécifier les résultats souhaités sans décrire les étapes procédurales pour les obtenir. Ce type est particulièrement utile dans des domaines tels que intelligence artificielle et la résolution de problèmes, où les règles et les relations sont essentielles.

Langages spécifiques à un domaine (DSL)

Les langages spécifiques à un domaine sont des langages déclaratifs spécialisés conçus pour des domaines de problèmes spécifiques. Les exemples incluent SQL pour interroger des bases de données, CSS pour styliser les pages Web et les expressions régulières pour la recherche de correspondances de motifs dans les chaînes. Les DSL permettent aux développeurs d'exprimer des opérations ou des configurations complexes de manière concise et lisible, adaptées à un domaine particulier, en faisant abstraction des détails d'implémentation de bas niveau.

Programmation de flux de données

La programmation Dataflow modélise les programmes sous forme de graphe orienté de données circulant entre les opérations. Chaque nœud du graphe représente une opération et chaque arête représente le flux de données. Dans ce paradigme, l'ordre d'exécution est déterminé par le flux de données plutôt que par une séquence prédéfinie d'instructions. Cela est particulièrement utile dans les scénarios impliquant un traitement parallèle et une programmation réactive, où l'accent est mis sur la façon dont les données se propagent dans un système.

Configuration Management

La gestion de configuration implique des langages déclaratifs qui décrivent l'état souhaité d'un système ou d'une infrastructure. Des outils comme Terraform et Ansible permettre aux développeurs de définir la configuration souhaitée de servers, réseaux et applications, et le système s'assure que l'infrastructure correspond à cet état souhaité. Cette approche fait abstraction des étapes procédurales nécessaires pour réaliser la configuration, en se concentrant plutôt sur l'état final.

Programmation réactive

La programmation réactive est une approche déclarative axée sur les flux de données asynchrones. Elle permet aux développeurs de déclarer des dépendances entre différents éléments de données, garantissant ainsi que les modifications se propagent automatiquement dans le système. Ce type est particulièrement utile dans les scénarios où les données doivent être traitées ou traitées de manière réactive. temps réel, comme dans les interfaces utilisateur ou les systèmes pilotés par événements.

Cas d'utilisation de la programmation déclarative

La programmation déclarative est appliquée dans divers domaines où l'accent est mis sur la spécification du résultat souhaité plutôt que sur la description détaillée du processus étape par étape pour y parvenir. Voici quelques cas d'utilisation clés.

Requête de base de données

L'un des cas d'utilisation les plus courants de la programmation déclarative est l'interrogation de bases de données à l'aide de langages tels que SQL. Dans SQL, vous décrivez les données que vous souhaitez récupérer ou manipuler, et le moteur de base de données détermine la manière la plus efficace d'exécuter la requête. Cette approche élimine les complexités de la récupération et de l'optimisation des données, ce qui permet aux développeurs de se concentrer sur la logique de leurs requêtes.

Développement Web

La programmation déclarative est largement utilisée dans le développement Web via HTML, CSS et les langages de programmation modernes. frontend des frameworks comme React. HTML et CSS permettent aux développeurs de déclarer la structure et le style des pages Web sans spécifier comment navigateur devrait les rendre. React, un JavaScript bibliothèque, utilise une approche déclarative pour la construction interfaces utilisateur en permettant aux développeurs de décrire l’état de l’interface utilisateur et la manière dont il doit évoluer en réponse aux interactions des utilisateurs.

Configuration Management

Dans les infrastructures et les opérations, des langages déclaratifs comme Terraform et Ansible sont utilisés pour gérer la configuration de servers, réseaux et applications. Ces outils permettent aux ingénieurs de déclarer l'état souhaité de leur infrastructure, comme le nombre de servers, les paramètres réseau et les logiciels installés, et l'outil garantit que l'environnement réel correspond à cet état. Cette abstraction simplifie la gestion des environnements complexes et garantit la cohérence.

Pipelines de construction et de déploiement

La programmation déclarative est également utilisée pour définir les pipelines de construction et de déploiement dans intégration continue/déploiement continu (CI/CD) systèmes. Des outils comme Jenkins, GitLab CI et Travis CI permettent aux développeurs de déclarer les étapes de leurs processus de construction et de déploiement. Le système orchestre ensuite ces étapes, en gérant dépendances, déclencheurs et parallélisation automatique.

Programmation fonctionnelle dans le traitement des données

La programmation fonctionnelle, un sous-ensemble de la programmation déclarative, est souvent utilisée dans les tâches de traitement de données. Des langages comme Haskell ou des bibliothèques dans des langages comme Python (par exemple, pandas) permettent aux développeurs d'écrire des transformations de données dans un style déclaratif. Plutôt que d'écrire boucles et en gérant l'état, les développeurs déclarent les transformations et les filtres qu'ils souhaitent appliquer aux ensembles de données, rendant le code plus concis et expressif.

Programmation réactive

Dans le développement d'interfaces utilisateur et de systèmes en temps réel, la programmation réactive est utilisée pour gérer les flux de données asynchrones de manière déclarative. Par exemple, RxJS en JavaScript permet aux développeurs de travailler avec des événements asynchrones, tels que des entrées utilisateur ou server réponses, en déclarant comment ces événements doivent se propager dans le système. Cette approche simplifie la gestion d'une logique complexe pilotée par les événements et garantit que l'interface utilisateur reste réactive.

Moteurs de recherche et systèmes basés sur des règles

La programmation déclarative est également utilisée dans les moteurs de recherche et les systèmes basés sur des règles, tels que Prolog. Dans ces systèmes, vous déclarez un ensemble de règles et de relations, et le système déduit les résultats en fonction de ces déclarations. Cela est particulièrement utile dans des domaines comme l'intelligence artificielle, où les relations logiques et la correspondance de modèles sont plus importantes que la logique procédurale.

Cloud Gestion de l'infrastructure

Cloud fournisseurs comme AWS, Azure et Google Cloud proposer des outils déclaratifs de gestion des ressources dans le cloudPar exemple, AWS CloudLa formation permet aux développeurs de déclarer l'infrastructure qu'ils souhaitent (par exemple, servers, bases de données, réseaux) dans un JSON ou fichier YAMLL’ cloud Le fournisseur provisionne et gère ensuite ces ressources en fonction de la configuration déclarée, supprimant ainsi les étapes manuelles impliquées dans la configuration et la mise à l'échelle de l'infrastructure.

Programmation de flux de données dans le traitement parallèle

La programmation Dataflow, qui modélise les programmes sous forme de graphique de données circulant entre les opérations, est souvent utilisée dans les applications de traitement parallèle et de diffusion de données en continu. Par exemple, Apache Kafka Streams permet aux développeurs de déclarer comment les données doivent être traitées et acheminées à travers différentes étapes d'un pipeline, le système gérant les complexités de l'exécution parallèle et de la tolérance aux pannes.

Programmation déclarative vs. impérative

La programmation déclarative se concentre sur est ce que nous faisons le programme doit accomplir ce qu'il doit faire, en faisant abstraction des détails d'implémentation et en laissant la stratégie d'exécution au système sous-jacent. Cela donne un code plus concis et lisible, souvent plus facile à maintenir.

En revanche, programmation impérative se concentre sur how pour réaliser une tâche en définissant explicitement la séquence d'opérations qui modifient l'état du programme. Bien que la programmation impérative offre plus de contrôle sur le processus d'exécution, elle peut conduire à un code plus complexe et moins intuitif, en particulier lorsque la logique devient complexe.

Le choix entre les deux dépend du domaine du problème et du niveau de contrôle nécessaire sur l’exécution du programme.

Avantages et inconvénients de la programmation déclarative

Lorsque vous envisagez d'adopter la programmation déclarative, il est important de peser à la fois ses avantages et ses inconvénients potentiels. Cette section explorera les avantages et les inconvénients de la programmation déclarative, en fournissant un aperçu de ses atouts pour simplifier le code et améliorer la lisibilité, ainsi que des défis qu'elle peut présenter en termes d'optimisation des performances et flexLa compréhension de ces aspects peut aider à déterminer si la programmation déclarative est le bon choix pour un projet ou un domaine de problème particulier.

Avantages

La programmation déclarative offre plusieurs avantages qui en font un choix attrayant pour les développeurs de divers domaines. Ces atouts contribuent à la popularité croissante des approches déclaratives dans le développement de logiciels modernes :

Lisibilité et maintenabilité améliorées. La programmation déclarative met l'accent sur l'expression de la logique de ce qui doit être fait plutôt que sur la manière de le faire. Cela donne un code souvent plus concis et plus facile à lire. En faisant abstraction des détails procéduraux, les développeurs peuvent se concentrer sur la logique de haut niveau, ce qui rend la base de code plus facile à comprendre et à maintenir, en particulier à mesure que le projet se développe.
Complexité réduite. En permettant au système sous-jacent de gérer le flux de contrôle et les détails d'exécution, la programmation déclarative réduit la complexité que les développeurs doivent gérer. Cela est particulièrement bénéfique dans les systèmes de grande taille ou complexes où la gestion de l'état et de la logique procédurale peut rapidement devenir difficile à gérer. La simplification de ces aspects peut conduire à moins de bugs et à des logiciels plus fiables.
Abstraction améliorée. Les langages et frameworks déclaratifs offrent un niveau d'abstraction plus élevé, permettant aux développeurs de travailler à un niveau plus conceptuel. Cette abstraction permet un développement plus rapide, car les développeurs peuvent se concentrer sur la définition des résultats souhaités plutôt que de s'enliser dans des détails d'implémentation de bas niveau.
Parallélisme et concurrence facilités. La programmation déclarative se prête souvent naturellement à l'exécution parallèle et concurrente. Étant donné que la logique se concentre sur la est ce que nous faisons plutôt que le how, le système sous-jacent optimise et parallélise plus facilement l'exécution des tâches. Ceci est particulièrement utile dans le traitement des données, où les opérations peuvent être réparties sur plusieurs processeurs ou des cœurs sans instructions explicites du développeur.
Cohérence et prévisibilité. Dans la programmation déclarative, l'accent mis sur l'immuabilité et l'absence d'état (en particulier dans la programmation fonctionnelle) conduit à un code qui se comporte de manière cohérente d'une exécution à l'autre. Comme il repose moins sur l'état partagé et les effets secondaires, le code est plus prévisible, ce qui facilite les tests, le débogage et le raisonnement sur le programme.
Efficacité spécifique au domaineLes langages de programmation déclaratifs, en particulier les langages spécifiques à un domaine, sont adaptés à des tâches ou à des secteurs spécifiques, offrant une efficacité et une expressivité élevées dans ce domaine. Par exemple, SQL est hautement optimisé pour l'interrogation de bases de données, ce qui permet aux développeurs d'écrire des requêtes complexes avec un code relativement simple et intuitif.
Adoption plus facile des meilleures pratiques. La programmation déclarative impose souvent des bonnes pratiques dès la conception. Par exemple, les outils de gestion d'infrastructure déclarative garantissent que les systèmes sont configurés de manière cohérente et selon des normes prédéfinies, réduisant ainsi le risque d'erreurs et améliorant la fiabilité globale du système.

Inconvénients

Bien que la programmation déclarative offre des avantages significatifs en termes de simplicité et de lisibilité, elle n'est pas sans inconvénients. Les inconvénients de ce paradigme de programmation sont les suivants :

Contrôle limité sur l'exécution. La programmation déclarative fait abstraction des détails d'implémentation, ce qui signifie que les développeurs ont moins de contrôle sur la façon dont le système sous-jacent exécute le code. Cela peut être un inconvénient dans les scénarios où des optimisations de performances précises sont nécessaires, car les développeurs peuvent ne pas être en mesure de dicter les étapes précises que le système doit suivre.
Surcharge de performances. L'abstraction dans la programmation déclarative peut entraîner une surcharge de performances, car le système ne choisit pas toujours le chemin d'exécution le plus efficace. Bien que l'objectif soit d'optimiser automatiquement, cela n'est pas toujours garanti, en particulier dans les applications complexes ou gourmandes en ressources. Par conséquent, les performances peuvent être moins prévisibles que dans la programmation impérative.
Courbe d’apprentissage plus raide pour les langages spécifiques à un domaine (DSL). De nombreux systèmes déclaratifs s'appuient sur des langages spécifiques à un domaine, dont la courbe d'apprentissage peut être plus raide. Les développeurs doivent se familiariser avec ces DSL et leur syntaxe et sémantique particulières, ce qui peut prendre du temps et des efforts, en particulier lors de la transition à partir de langages impératifs plus familiers.
Défis de débogage. Le débogage du code déclaratif peut être plus difficile que celui du code impératif, car la logique est souvent plus abstraite et moins explicite. Étant donné que le développeur ne contrôle pas le déroulement exact de l'exécution, il peut être plus difficile d'identifier la source d'une erreur ou d'un goulot d'étranglement des performances, en particulier dans les systèmes complexes.
Inégalités flexabilité. La programmation déclarative, de par sa nature, impose des contraintes sur la manière dont les problèmes peuvent être résolus. Cela peut conduire à une réduction flexLa capacité de réponse est limitée, car les développeurs peuvent être limités par les abstractions et les constructions fournies par le langage déclaratif ou le framework. Dans les cas où une solution hautement personnalisée ou non conventionnelle est nécessaire, ce manque de flexLa capacité de réponse peut constituer une limitation importante.