Gliederung. n Teil I: Einleitung und Grundbegriffe. n Teil II: Imperative und objektorientierte Programmierung

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1 Gliederung n Teil I: Einleitung und Grundbegriffe l 1. Organisatorisches l 2. Grundlagen von Programmiersprachen n Teil II: Imperative und objektorientierte Programmierung l 1. Grundelemente der Programmierung l 2. Objekte, Klassen und Methoden l 3. Rekursion und dynamische Datenstrukturen l 4. Erweiterung von Klassen und fortgeschrittene Konzepte n Teil III: Funktionale Programmierung: Haskell n Teil IV: Logische Programmierung: Prolog III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 1 -

2 Populäre Programmiersprachen Quelle: Oct III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 2 -

3 Populäre Programmiersprachen 1. Java Prolog Haskell Quelle: Jan III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 3 -

4 Kenntnis verschiedener Sprachen n Eigene Ideen bei der Software-Entwicklung können besser ausgedrückt werden n Nötig, um in konkreten Projekten geeignete Sprache auszuwählen n Erleichtert das Erlernen weiterer Programmiersprachen n Nötig für den Entwurf neuer Programmiersprachen III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 4 -

5 Übersicht Imperative Sprachen Deklarative Sprachen l Folge von nacheinander ausgeführten Anweisungen l l Spezifikation dessen, was berechnet werden soll Compiler legt fest, wie Berechnung verläuft n Prozedurale Sprachen l Variablen, Zuweisungen, Kontrollstrukturen n Funktionale Sprachen l keine Seiteneffekte l Rekursion n Objektorientierte Sprachen l l Objekte und Klassen Abstrakte Datentypen und Vererbung n Logische Sprachen l Regeln zur Definition von Relationen III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 5 -

6 Wichtige Programmiersprachen Fortran Cobol Algol 60 Lisp PL/1 Pascal Ada Algol 68 C Modula-3 Simula Smalltalk C++ Ada-95 Java Eiffel Python Scheme ML Miranda Haskell Prolog 2000 Scala prozedural objektorientiert funktional logisch I.2. Grundlagen von Programmiersprachen - 6 -

7 n 1. Prinzipien der funktionalen Programmierung n 2. Deklarationen n 3. Ausdrücke n 4. Muster (Patterns) n 5. Typen und Datenstrukturen n 6. Funktionale Programmiertechniken I.2. Grundlagen von Programmiersprachen - 7 -

8 Imperative Programmierung (Java) Eingabe: Eine Liste x Ausgabe: Länge der Liste x Algorithmus: 1. Setze n = Falls x nicht die leere Liste ist, dann: 2a. Lösche das erste Element von x. 2b. Erhöhe n um 1. 2c. Gehe zu Schritt Liefere n zurück. class Element { Vergleichbar wert; Element next;... } public class Liste { Element kopf;... static int len (Liste x) { int n = 0; while (x.kopf!= null) { x.kopf = x.kopf.next; n = n + 1; } return n; } III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 8 -

9 Kennzeichen imperativer Programmierung n Programm besteht aus einzelnen Anweisungen, die nacheinander abgearbeitet werden. n Verschiedene Kontrollstrukturen, um Programmablauf zu steuern. n Abarbeitung einer Anweisung ändert Werte der Variablen. n Seiteneffekte n Programmierer muss Speicherorganisation bedenken III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 9 -

10 Funktionale Programmierung (Haskell) A. Falls die Liste x leer ist, so ist len(x) = 0. B. Falls die Liste x nicht leer ist und "rest" die Liste x ohne ihr erstes Element ist, so ist len(x) = 1 + len(rest). Programm in Haskell: len [] = 0 len (kopf : rest) = 1 + len rest III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 10 -

11 Ausführung funktionaler Programme len [] = 0 len (kopf : rest) = 1 + len rest len [15, 70, 36] = 1 + len [70, 36] = len [36] = len [] = = 3 III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 11 -

12 Kennzeichen funktionaler Programme n Rekursion statt Schleifen n Keine Seiteneffekte (referentielle Transparenz) n Funktionen als gleichberechtigte Datenobjekte (Funktionen höherer Ordnung) n Verwendung von einer Funktions-Implementierung für verschiedene Typen (Polymorphismus) n Programme sind kürzer, klarer, besser zu warten, zuverlässiger, schneller zu erstellen III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 12 -

13 Seiteneffekte n Seiteneffekt: Veränderung des (Speicher-)Zustands n Fehlende Seiteffekte in Funktionalen Programmiersprachen: l l Verzicht auf Variablen und Wertzuweisungen Ausschließlich Verwendung von Ausdrücken n Referenzielle Transparenz: l Wert eines Ausdrucks hängt nicht vom Zeitpunkt oder der Reihenfolge der Auswertung ab. III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 13 -

14 Funktionale Programmierung (Haskell) n Interaktiver Modus des Glasgow Haskell Compilers (GHCi) l Eingabe: Auszuwertender Ausdruck l Ausgabe: Ergebnis des ausgewerteten Ausdrucks n Bsp: l Eingabe: len [15, 36, 70] l Ausgabe: 3 n Interpreter l führen jede Zeile des Programms nacheinander aus. l Vorteil: Keine vorherige Übersetzung nötig, gut zur Programmentwicklung geeignet. l Nachteil: Ineffizienter als Compiler. III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 14 -

15 n 1. Prinzipien der funktionalen Programmierung n 2. Deklarationen n 3. Ausdrücke n 4. Muster (Patterns) n 5. Typen und Datenstrukturen n 6. Funktionale Programmiertechniken III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 15 -

16 Deklarationen len :: [Int] -> Int len [] = 0 len (kopf : rest) = 1 + len rest square :: Int -> Int square x = x * x Funktionsdeklarationen Typdeklarationen Programm in Haskell: Folge von linksbündig untereinander stehenden Deklarationen III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 16 -

17 Deklarationen len :: [Int] -> Int len [] = 0 len (kopf : rest) = 1 + len rest square :: Int -> Int square x = x * x var :: type, decl var pat = exp III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 17 -

18 Auswertungsstrategie square :: Int -> Int square x = x * x square (12-1) (12-1) * (12-1) square * (12-1) (12-1) * * strikte Auswertung (call-by-value), innen links nicht-strikte Auswertg. (call-by-name), außen links III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 18 -

19 Bedingte definierende Gleichungen maxi :: (Int, Int) -> Int maxi (x, y) x >= y = x otherwise = y var :: type, decl var pat = exp exp = exp III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 19 -

20 Currying plus :: (Int, Int) -> Int plus (x, y) = x + y plus :: Int -> Int -> Int plus x y = x + y Currying var :: type, decl var pat = exp exp = exp III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 20 -

21 Pattern Matching und :: Bool -> Bool -> Bool und True y= y und False y = False x var, :: type decl var pat = exp exp = exp III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 21 -

22 Pattern Matching und :: Bool -> Bool -> Bool und True y= y und y = False x Bool = "True" "False" len :: [Int] -> Int len [] = 0 len (x : xs) = 1 + len xs Liste = "[]" Element ":" Liste III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 22 -

23 Lokale Deklarationen roots :: Float -> Float -> Float -> (Float, Float) roots a b c = ((-b - d)/e, (-b + d)/e) where {d = sqrt (b*b - 4*a*c); e = 2*a} where d = sqrt b*b - 4*a*c e = 2*a locdecls { var decl :: type }, ; decl var pat = exp exp = exp where locdecls III.1 Prinzipien der funktionalen Programmierung- 23 -