Les langages de programmation les plus écologiques

Au sein de la programmation, une myriade d'outils et de langages coexistent, chacun présentant ses propres forces et spécificités. Ils offrent un large éventail d'options pour les utilisateurs de ces technologies. À l'heure actuelle, où la consommation énergétique fait l'objet d'une attention accrue, nous nous interrogeons : quelle est l'empreinte écologique des différents langages de programmation ?

Pour répondre à cette question, une étude réalisée par six chercheurs de diverses universités portugaises a entrepris de comparer plusieurs langages sur divers critères, y compris la consommation d'énergie.

Méthodologie

L'étude a évalué 27 langages de programmation couramment utilisés, variant par leur paradigme de programmation et leur mode d'exécution. Les langages compilés, interprétés ou fonctionnant sur une machine virtuelle ont été comparés. Des programmes ont été conçus pour résoudre les mêmes problèmes, avec des mesures prises sur des machines standardisées pour évaluer le temps d'exécution, l'utilisation de la mémoire et la consommation d'énergie.

Le Computer Language Benchmarks Game (CLBG) a été utilisé comme source de programmes comparables dans divers langages. Il propose des solutions à une série de problèmes de programmation bien établis.

Il est à noter que parmi les 28 langages du CLBG, Smalltalk a été exclu, principalement en raison de son compilateur propriétaire. Les problèmes avec moins de 80 % de couverture linguistique ont également été écartés.

Pour chaque problème, la solution la plus performante a été sélectionnée pour les 27 langages étudiés. Les chercheurs ont installé les compilateurs appropriés, veillant à ce que chaque solution soit compilée et exécutée avec les mêmes options que celles utilisées dans le CLBG. Ils ont aussi vérifié que chaque solution fonctionnait correctement et produisait les résultats attendus.

Enfin, la consommation d'énergie, le temps d'exécution et l'utilisation de la mémoire ont été mesurés pour chaque solution dans chaque langage. Chaque solution a été exécutée dix fois pour assurer la fiabilité des mesures.

Résultats

Le tableau ci-après récapitule les résultats obtenus pour la consommation d'énergie, le temps d'exécution et l'utilisation maximale de la mémoire, en moyenne, pour chaque langage de programmation.

Ces résultats sont normalisés par rapport au langage le plus efficace pour chaque critère. Les langages de programmation sont identifiés par une lettre initiale qui indique s'ils sont compilés (c), interprétés (i) ou s'ils utilisent une machine virtuelle (v). Par exemple, pour la consommation d'énergie, C obtient la valeur 1,00, tandis que Lisp affiche une valeur de 2,27, ce qui signifie que Lisp consomme 2,27 fois plus d'énergie que C.

Chaque langage est évalué du plus performant au moins performant, et la valeur 1,00 est attribuée au langage le plus performant. Par exemple, en ce qui concerne l'énergie, C est le langage le plus performant, tandis que Python est 75,88 fois moins performant que C dans ce domaine.

En général, les langages compilés sont les plus efficaces. On constate une certaine cohérence dans les performances en termes de consommation d'énergie et de temps d'exécution, où C, Rust et C++ dominent. Cela s'explique par le fait qu'un programme compilé est directement traduit en langage machine pour être exécuté par le processeur, nécessitant ainsi moins d'efforts de la part de la machine.

Inversement, les langages interprétés tendent à être les moins performants dans tous les critères. Python, Perl et Lua figurent généralement parmi les derniers du classement, bien que Python remonte dans la première moitié du classement en termes de consommation de mémoire.

Les langages qui utilisent une machine virtuelle se situent généralement au milieu du classement, avec des exceptions comme Java, qui figure dans le top 5 pour l'énergie et le temps, mais qui chute vers la fin du classement pour la consommation de mémoire.

Il est également important de noter qu'il existe des variations au sein même des langages partageant le même mode d'exécution. Par exemple, parmi les langages compilés, Rust peut être plus approprié pour certaines tâches que C++. L'étude révèle que la programmation impérative est généralement la plus performante parmi les quatre paradigmes de programmation évalués.

Ces résultats pourraient faire penser que choisir un langage de programmation plus performant est la solution idéale pour réduire l'impact environnemental et la consommation d'énergie. En effet, l'objectif principal de cette étude est d'aider les développeurs et les ingénieurs logiciels à prendre des décisions éclairées en matière de choix de langage de programmation, en particulier lorsque l'efficacité énergétique est une préoccupation majeure.

Quels enseignements pour les développeurs?

Cette étude propose une solution simple : privilégier les langages compilés, tels que C, Rust ou C++, pour maximiser l'efficacité énergétique et les performances. Cependant, lorsqu'il s'agit de choisir un langage de programmation, les développeurs ne se basent pas uniquement sur l'efficacité énergétique.

D'autres aspects du langage, comme la simplicité d'apprentissage, la clarté du code, la disponibilité des bibliothèques, l'adaptabilité au projet spécifique, le soutien de la communauté, ainsi que d'autres facteurs influencent considérablement le choix d'un langage, bien au-delà de la seule performance énergétique.

De plus, chaque langage se distingue par son propre domaine d'expertise. Par exemple, Rust excelle dans les systèmes où la sécurité des données revêt une importance majeure. Python, malgré une efficacité énergétique moindre, domine dans les domaines du Machine Learning et de la Data Science. Il facilite également le développement rapide d'applications, grâce à la simplicité de son code et à la richesse de ses bibliothèques.

Par ailleurs, l'optimisation du code influence grandement l'efficacité d'un programme. Un code en C++ mal optimisé peut être moins performant qu'un code bien structuré en Python ou en Java.

Quoi qu’il en soit, ces nouvelles informations offrent aux développeurs une vision plus approfondie de l'impact énergétique de leurs choix de langages. Néanmoins, il ne s'agit pas tant de changer radicalement de langage pour des raisons d'efficacité énergétique que d'adopter une approche équilibrée. Avec une conscience accrue de l'impact environnemental de la programmation, les développeurs pourraient envisager l'efficacité énergétique comme un critère supplémentaire, mais non exclusif, dans le choix d'un langage.

Enfin, ces résultats pourraient inciter les créateurs de langages et les communautés de développement à œuvrer davantage pour améliorer l'efficacité énergétique de leurs langages. Ainsi, de nouvelles versions de langages pourraient voir le jour, combinant les avantages des langages populaires tout en réduisant leur consommation d'énergie.