Geavanceerde Programmeertechnologie Les 5: Gevorderde Programmeertechnieken. Prof. dr. Kris Luyten Jo Vermeulen

Transcriptie

1 Geavanceerde Programmeertechnologie Les 5: Gevorderde Programmeertechnieken Prof. dr. Kris Luyten Jo Vermeulen

2 Doel van deze les Programmeerparadigma s uitdieping Closures InspecDe en reflecde

3 Uit les 1: Programmeertalen hhp://people.ku.edu/~nkinners/langlist/extras/classif.htm hhp://oreilly.com/news/graphics/prog_lang_poster.pdf Talen: Postscript, Oberon, Tcl/Tk, Fortran, Prolog, Pascal, Delphi, Python, Cobol, Modula, Ada, Rexx, ISO C, C#, Javascript, ANSI/ISO C++, Ruby, Self, Eiffel, PHP, Perl, ML, Lisp, ObjecDve- C, VB, Scheme, Haskell, Caml, Smalltalk, Miranda, PL/1, Simula, Java... Belangrijkste klassen: imperadef, funcdoneel, object- georiënteerd en logisch

4 Wat kan je nu? ImperaDef programmeren ( C ) Object- georiënteerd programmeren ( C++, Java) FuncDoneel programmeren ( Haskell ) Gebruik van muld- paradigma talen ( Python )

5 Diepgaand overzicht programmeerparadigma s Programming Paradigms for Dummies: What Every Programmer Should Know, Peter Van Roy, in New Computa?onal Paradigms for Computer Music, G. Assayag and A. Gerzso (eds.), IRCAM/Delatour France, 2009, hbp:// paradigms.html Lezen: secdes 1, 2.1 en 4!!! niet voor dummies!!!

6 an Roy Figure 1. Languages, paradigms, and concepts

7 Data structures only Turing equivalent Observable nondeterminism? Concurrent constraint More declarative Yes No + unification (equality) Deterministic logic Relational & logic Constraint (logic) Lazy concurrent constraint Oz, Alice, Curry CLP, ILOG Solver + thread + by need synchronization Descriptive declarative XML, S expression First order functional Functional Scheme, ML Haskell Lazy dataflow Lazy declarative concurrent Oz, Alice, Curry Unnamed state (seq. or conc.) Continuation Declarative concurrent + continuation Pipes, MapReduce + by need synchronization ADT functional Nonmonotonic dataflow Concurrent logic Functional reactive (FRP) + name (unforgeable constant) Oz, Alice, Curry, Excel, AKL, FGHC, FCP ADT imperative + search Scheme, ML Haskell, ML, E CLU, OCaml, Oz + by need + thread synchron. + single assign. + nondeterministic + port Prolog, SQL Lazy Monotonic choice (channel) embeddings functional dataflow + solver LIFE, AKL + thread + single assignment record + procedure + closure The principal paradigms "More is not better (or worse) than less, just different." + synch. on partial termination Weak synchronous FrTime, SL Strong synchronous + instantaneous computation + cell (state) Imperative Pascal, C Imperative search + search SNOBOL, Icon, Prolog Event loop E in one vat Multi agent Message passing concurrent Erlang, AKL Named state v by Peter Van Roy Sequential object oriented Stateful functional Java, OCaml + thread Concurrent object oriented Software transactional memory (STM) SQL embeddings Logic and Esterel, Lustre, Signal Dataflow and constraints Functional message passing Message passing Shared state Nondet. state + cell Multi agent dataflow Oz, Alice, AKL + port (channel) + thread Active object + local cell Object capability CSP, Occam, E, Oz, Alice, publish/subscribe, tuple space (Linda) + cell (state) + closure Shared state concurrent Smalltalk, Oz, Java, Alice + log Less declarative Source: hhp://

8 Eigenschap 1: Observable Nondeterminism Determinism = er is één en slechts één uitvoering van het programma, waarbij de mogelijke program flows volledig door de ontwikkelaar bepaald worden

9 Eigenschap 1: Observable Nondeterminism Nondeterminism = Djdens de programma- uitvoering zijn er momenten waarop een systeem (scheduler) kiest wat de volgende stap is uit verscheidene mogelijkheden. De keuze kan niet voorspeld worden.

10 Eigenschap 1: Observable Nondeterminism Observable Nondeterminism = de gebruiker (ontwikkelaar) kan zien dat, gegeven eenzelfde startconfigurade, de programmauitvoering een verschillend resultaat kan hebben.

11 Eigenschap 2: Named State State = de invulling van alle variabelen op opeenvolgende DjdsDppen Djdens de uitvoering van het programma

12 Eigenschap 2: Named Programming State Paradigms for Dumm Expressiveness of state! Less! Declarative paradigms (relational and functional)! unnamed, deterministic, sequential! named, deterministic, sequential! Imperative! unnamed, deterministic, concurrent! Deterministic concurrency! named, nondeterministic, sequential! Guarded command! unnamed, nondeterministic, concurrent! Concurrent logic! named, nondeterministic, concurrent! More! Message-passing and shared-state concurrency! Figure 3. Di erent levels of support for state

13 Eigenschap 3: Record Datastructuur die verschillende data- elementen groepeert en indexeert.

14 langue:allemand) The record is referenced by the identifier R. Members can be references through the operation, e.g., R.nom returns a reference to the string "Le Roi des Aulnes". record is the foundation of symbolic. A symbolic langua Eigenschap 4: Lexically Scoped Closure able to calculate with records: create new records, decompose them, and examine th Many important data structures such as arrays, lists, strings, trees, and hash tables be derived from records. When combined with closures (see next section), records be used for component-based. Een closure is een procedure (funcde) samen 4.2 Lexically scoped closure met referen?es buiten de scope van de procedure Context D state Context C x Definition of procedure P x Call of procedure P Context D Context C 1. Definition 2. Call

15 Eigenschap 4: Lexically Scoped Closure FuncDe + set van variabelen die in de funcde gebruikt worden maar niet in de funcde- scope zelf zihen (niet- lokale of vrije variabelen). Variabelen zijn nodig aan de uitvoering Vrije variabelen blijven geldig voor de uitvoering van de funcde. Oorspronkelijk voor funcdonele programmeeertalen (Lisp, ML) maar ook in andere paradigma s.

16 Closures prakdsch Twee toepassingen van closures: Lambda funcdes (funcdes zonder naam die inline uitgevoerd kunnen worden) en anonieme classes. FuncDes die funcdes maken en afleveren. Een closure zorgt er voor dat de lokale omgeving voor de uitvoering van een funcde volledig is.

17 Closure in Haskell Lambda funcde > (\x y - > x + y) 3 5 > 8 > map (\x - > x + 1) lst Closure: variabele x buiten de scope van de funcde, maar kan toch gebruikt worden f x = (\y - > x + y)

18 Closure in JavaScript Typisch gebruikt voor generator funcdes: funcdes die andere funcdes produceren var createfuncdon = funcdon () { var x = 3; return funcdon () { return 4 + x; }; }; var telop = createfuncdon(); document.write(telop()); // 7

19 Bron: hhp://en.wikipedia.org/wiki/closure_(computer_science) Closure in Python def counter(): x = 0 def increment(): nonlocal x x += 1 print(x) return increment counter1_increment = counter() counter2_increment = counter() counter1_increment() # 1 counter1_increment() # 2 counter2_increment() # 1 counter1_increment() # 3

20 Closure- like construcdes in Java: anonymous classes AcDonListener listener = new AcDonListener() { public void ac?onperformed(ac?onevent ae) { System.out.println("Anonymous"); } }; mywidget.addacdonlistener(listener);

21 Closure- like construcdes in Java: anonymous classes mywidget.addacdonlistener(new AcDonListener() { public void ac?onperformed(ac?onevent ae) { System.out.println("Anonymous"); } }; )

22 Closure- like construcdes in Java: anonymous classes mywidget.addacdonlistener(new AcDonListener() { public void ac?onperformed(ac?onevent ae) { System.out.println("Anonymous"); } }; ) Gedeclareerd en geïnstandeerd ter plekke Class definide zit in de constructor

23 Closure- like construcdes in Java: anonymous classes public class Magic{ public stadc void main(string[] args) { Trick t = new Trick(){ public void execute(){ System.out.println( sim sala bim ); } } t.execute(); } } public interface Trick{ void execute(); }

24 Closures opdrachten & materiaal Lesmateriaal: hhp:// Programming Paradigms for Dummies: What Every Programmer Should Know, secde 4 Crossing Bordurer: Closures (hhps:// developerworks/java/library/j- cb01097/) Opdrachten: zoek twee veel voorkomende redenen om closures te gebruiken Tip 1: zoek twee situades op waarin de code korter en leesbaarder of efficienter wordt door closures te gebruiken. Tip 2: Ruby is een programmeertaal waarin closures nu}g gebruikt kunnen worden

25 Eigenschap 5: Independence (concurrency) Cfr. Processes en threads in OSes

26 InspecDe en ReflecDe Uitvoerbare code die zichzelf kan ondervragen mbt de code structuur Dynamische uitvoering van code Vooral aanwezig bij talen die op een virtual machine werken Via een aparte API kan men objecten en classes ondervragen In Java: java.lang.reflect package

27 ReflecDe in Java InspecDe van een object: Van welke class is dit object? Van welke classes is dit object afgeleid? Welke methods biedt het aan? Met welke variabelen? Dynamische uitvoering: Gegeven de naam van een method als een string, invoke deze Gegeven de naam van een member variabele als een string, verander de waarde van deze variabele

28 ReflecDe in Java De Class Class hhp://download.oracle.com/javase/1.5.0/docs/api/java/lang/ Class.html Alle methods om dynamisch klasses te ondervragen en te manipuleren

29 ReflecDe in Java void printclassname(object obj) { System.out.println("The class of " + obj + " is " + obj.getclass().getname()); } Class c = Class.forName( java.lang.string ); Class c = int.class;

30 ReflecDe in Java Class c = Class.forName("java.lang.String"); Method m[] = c.getdeclaredmethods(); for(int i=0; i<m.length; i++) System.out.println(m[i].toString());

31 ReflecDe in Java import java.lang.reflect.*; public class constructor2 { public constructor2() { } public constructor2(int a, int b) { System.out.println( "a = " + a + " b = " + b); } public stadc void main(string args[]) { try { Class cls = Class.forName("constructor2"); Class partypes[] = new Class[2]; partypes[0] = Integer.TYPE; partypes[1] = Integer.TYPE; Constructor ct = cls.getconstructor(partypes); Object arglist[] = new Object[2]; arglist[0] = new Integer(37); arglist[1] = new Integer(47); Object retobj = ct.newinstance(arglist); } catch (Throwable e) { System.err.println(e); } } }

32 ReflecDe in Java: opdracht Schrijf een Java programma waar je via de command line een class name kan ingeven, en die je dan een lijst van methods voor die klasse toont. >java MethodPrinter Class name? java.lang.math Fields: public stadc double E public stadc double PI Methods: public stadc double abs(double); Public stadc float abs(float);.

33 ReflecDe in Java: opdracht Schrijf een Java programma dat toelaat via de command line methods van een arbitraire klasse uit te voeren. Dit hoe enkel te werken voor classes met een constructor zonder parameters, voor stadc methods of voor stadc classes. Na een vraagteken verwacht je programma input Je tracht de input voor de parameters automadsch om te zehen naar een van de ondersteunde types (volgorde van proberen mag je zelf kiezen). Als geen enkel type lukt stop je met een foutmelding. Schrijf het resultaat van de uitvoering van de method naar de output Schrijf vervolgens ook de waarde van de tostring method naar de output van het gebruikte object (indien het geen stadc class betrof)

34 ReflecDe in Java: opdracht >java MethodExecutor What method to invoke? java.lang.stringbuffer.append Needs maximum 3 parameters. How many will you provide? 1 parameter 1? De kat krrrrabt de krrrrrollen van de trrrrap Uitvoering gelukt! De kat krrrrabt de krrrrrollen van de trrrrap.