Integrierte deklarative Abfragesprachen in imperativen Programmiersprachen am Beispiel von:

Transkript

1 1 Integrierte deklarative Abfragesprachen in imperativen Programmiersprachen am Beispiel von: Language INtegrated Query LINQ Datenabfragen in C# Proseminar Programmierparadigmen und Sprachen Christian Piechnick SS 2009

2 Agenda Wozu LINQ? 2. Was ist LINQ? 3. Woher kommt LINQ? 4. Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 5. Wie funktioniert LINQ? 6. Warum LINQ / Warum Nicht?

3 01 Wozu LINQ? 03 Wie fragen wir normalerweise Daten ab? Liefere mir eine Liste Von allen Webseiten der Welt die etwas mit LINQ zu tun haben Ausgabeformat Datenquelle Einschränkungen - deklarativ - mengenorientiert

4 01 Wozu LINQ? 04 Abfragen von Datenbanken in SQL Syntax Liefere mir eine Liste Von allen Kunden Die mehr als 1000 bezahlt haben SELECT C.* FROM Customers C WHERE ( SELECT SUM(Price) * SUM(Quantity) FROM Orders O WHERE O.CustID = C.CustID ) > 1000

5 01 Wozu LINQ? 05 Abfragen in imperativen Programmiersprachen Liefere mir eine Liste Von allen Kunden Die mehr als 1000 bezahlt haben List<Customer> selectedcustomers = new List<Customer>(); foreach (Customer customer in context.getcustomers()) { int sum = 0; foreach (Order od in customer.orders) { sum += od.unitprice * Quantity; } if(sum > 1000) selectedcustomers.add(customer); }

6 01 Wozu LINQ? 06 Abfragen in LINQ var cust= from c in Customers where c.orders.sum(o => o.unitprice * o.quantity) > 1000 select c; deklerativ List<Customer> selectedcustomers = new List<Customer>(); foreach ( Customer customer in getcustomers() ) { int sum = 0; foreach (Order od in customer.orders) { sum += od.unitprice * Quantity; } if(sum > 1000) selectedcustomers.add(customer); } imperativ

7 01 Wozu LINQ? 07 Wie gehen wir mit heterogenen Datenquellen um? Objekte Datenbanken XML-Datein Web Services DB- Framework XML Library WS Library Programmcode

8 02 Was ist LINQ? 08

9 02 Was ist LINQ? 09 LINQ - Erweiterung des.net Frameworks und Spracherweiterungen der.net Sprachen - Typsichere Abfragesprache auf Ebene der Programmiersprache - SQL-ähnliche Syntax (Syntaxprüfung durch Compiler) - Wählt den Ansatz der deklarativen Programmierung (High-Level) C# Visual Basic Andere Sprachen.NET Language Integrated Query (LINQ).NET basierte Sprachen.NET Framework LINQ-fähige Datenquellen LINQ-fähiges ADO.NET LINQ Provider LINQ to Objects LINQ to Dataset LINQ to SQL LINQ to Entities LINQ to XML <Book> <author/> <Book> Datenquellen

10 02 Was ist LINQ? 10 LINQ - Frameworkprovider LINQ to Objects arbeitet auf IEnumerable LINQ to XML arbeitet auf XML Strukturen LINQ to SQL arbeitet auf dem Microsoft SQL Server LINQ to ADO.NET arbeitet auf ADO.NET Datenquellen LINQ to Entities arbeitet auf beliebigen relativen Datenbanken LINQ Weitere Provider LINQ to Amazon LINQ to NHibernate LINQ to Flickr LINQ to Google LINQ to LDAP

11 03 Woher kommt LINQ? 11

12 03 Woher kommt LINQ? 12 Die.NET Plattform -.NET ist eine von Microsoft entwickelte Software-Plattform erstmals veröffentlicht (zusammen mit Visual Studio als IDE) -.NET ist eine Implementierung der CLI (Common Language Infrastructure) - CLI ist ein ECMA Standard - soll sprach- und plattformunabhängige Entwicklung und Ausführung ermöglichen

13 03 Woher kommt LINQ? 13 Die.NET Plattform C# VB.NET C++ CLS Common Language Specification C# Compiler VB.NET Compiler C++ Compiler Zwischencode CIL Common Intermediate Language JIT Compiler für Windows JIT Compiler für anderes Betriebssystem CLR Common Language Runtime Maschinencode Maschinencode

14 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 14

15 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 15 Type Inference var name = Peter ; String var num = 25; int var num2 = 25.5; double var num3 = 25.5F; float var cust = new Customer(); Customer - deklarieren von Variablen ohne explizite Angabe des Typs - implizites Ableiten des Typs durch Deklaration (strenge Typisierung) - Type Inference sollte nicht aus Faulheit benutzt werden Verwendung 1. Deklaration von Annonyme Typen 2. Zur Vermeidung von sehr langen Typen (Rückgabetypen von LINQ-Statements) 3. Umgang mit wechselnden Typen während der Entwicklung

16 Compiler Was ist LINQ? - Sprachgrundlagen 16 Type Inference var name = Peter ; String var num = 25; Integer var num2 = 25.5; Double var num3 = 25.5F; Float var cust = new Customer(); Customer C# String name = Peter ; int num = 25; double num2 = 25.5; float num3 = 25.5F; Customer cust = new Customer(); Pseudo CIL

17 Was ist LINQ? - Sprachgrundlagen 17 Anonyme Typen var person = new { Name = Peter } Console.WriteLine( person.name ); - Klassen ohne vordefinierten Typ - besitzen nur lesbare Properties - Typ der Properties wird über Type Inference ermittelt - Anonyme Typen können nicht praktikabel als Parameter übergeben werden Verwendung - werden als temporäre Typen für kurze Verarbeitung genutzt

18 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 18 Extension Methods Erweiterungsmethoden - Klassen statisch um Funktionalität erweitern - Methoden zu Klassen hinzufügen ohne den Quellcode der Klasse zu manipulieren Konsequenzen - erhöht die Lesbarkeit des Quellcodes - ermöglicht Interfaces um Funktionalität zu erweitern

19 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 19 Extension Methods public static class MyExtensions { public static int Add(this int a, int b) { return a+b; } } int x = 12; int c = x.add( 10 ); //c = 22

20 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 20 Extension Methods Erweiterung von Interfaces public interface ICatalog { void AddItem( String itemname ); } public static class MyExtensions { public static void Sort(this ICatalog catalog) { //Implementierung der Sortierung } }

21 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 21 Wozu Extension Methods Statische Helper-Klassen vs. Extension Methods Szenario: - Personen die einen Namen und ein Gehalt haben - Man braucht Filter die eine Liste von Personen nach Namen und Gehalt filtern List<Person> filterbyname( List<Person> per, String name ) List<Person> filterbysalery( List<Person> per, int salery ) Mit Helper Klasse: MyHelper.filterByName( MyHelper.filterBySalery( persons,1000 ), Peter ); Mit Extension Methods: persons.filterbysalery( 1000 ).filterbyname( Peter );

22 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 22 Lambda Expressions Func<int, int, int> myfunction = (x,y) => x + y; myfunction(1,2); //3 - andere Syntax für annonyme Methoden auf Basis von Funktionszeigern (delegates) - Annonyme Methoden und Delegates wurden mit.net 2.0 eingeführt - Lambda Expressions sollen kürzere und besser lesbare Schreibweise darstellen - Parameters => Body - => ist der Lambda Operator - Func<int, int, int> symbolisiert eine Funktion, die 2 int Objekte als Eingabe auf ein int Objekt abbildet

23 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 23 Lambda Expressions High Order Functions Func<int, bool> greatertwo = x => x > 2; Func< Func<int,bool>, int, int > myfunction = (f, x) => f(x)? x + 1 : 1; myfunc( greatertwo, 1 ); // 2 myfunc( greatertwo, 2 ); // 1 - Methoden die andere Methoden als Eingabewerte haben - Über Funktionszeiger (delegates) ist es möglich Methoden als Parameter zu übergeben - strenge Typisierung über Generics

24 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 24 Expression Trees - Expression Trees überführen ausführbaren Code in Daten - Expression ist ein DOM für abstract syntax trees - Expression Trees sehen diesen Baum als Daten Expression Trees sind kein ausführbarer Code - können mit der Methode Compile() zur Laufzeit in ausführbaren Code überführt werden

25 04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ? 25 Expression Trees Expr< Func< int, int, int > > myexpression = (x,y) => x + y; Expression Parameters Body Binary Expression x y Left Right Parameter Expression Node Type: Add Parameter Expression x y

26 05 Wie funktioniert LINQ? 26

27 05 Wie funktioniert LINQ? 27 Operatoren - jede Abfrage beginnt mit: from element in LINQ-fähige-Datenquelle Restriction Projection Ordering Grouping Quantifiers Paritioning Sets Elements Aggregation Conversion Where Select, SelectMany OrderBy, ThenBy GroupBy Any, All Take, Skip, TakeWhile, SkipWhile Distinct, Union, Intersect, Except First, FirstOrDefault, ElementAt Count, Sum, Min, Max, Average ToArray, ToList, ToDictionary

28 05 Was ist LINQ? - Sprachgrundlagen 28 Ergebnisberchnung - Datenquelle und select geben an welchen Typ das Ergebnis hat LINQ-to-Objects LINQ-to-XML in-memory IEnumerable Delegates LINQ-to-SQL LINQ-to-Entities LINQ-to-Dataset delegiert IQueryable Expression- Tree

29 05 Wie funktioniert LINQ? 29 Ergebnisberchnung mit IQueryable - Bei einer delegierten LINQ-Abfrage wird ein Objekt des Typs IQueryable zurückgegeben - IQueryable repräsentiert den ExpressionTree der Anfrage mit zusätzlichen Informationen - erst wenn man mit dem Resultat arbeitet wird der Expression Tree in ausführbaren Code übersetzt und die Anfrage ausgeführt var query = from entry in dbcontext.addressbook where entry.lastname.startswith( P ) select entry; PrintValues( query ); //Hans Pech, Max Proll dbcontext.addressbook.add( new Entry( Lisa, Pech ); PrintValues( query ); //Hans Pech, Max Proll, Lisa Pech

30 05 Wie funktioniert LINQ? 30 Abfragetransformation - LINQ Keywords sind keine reservierten Keywords sondern kontextuell Keywords - Jedes LINQ Keyword hat eine äquivalente ExtensionMethod - Jede LINQ-Abfrage ist in eine äquivalente Form mit ExtensionMethods überführbar var query = from customer in Customers where customer.name.startswith( A ) select customer; var query = Customers.Where( c => c.name.startswith( A ) ).Select( c => c ); static IEnumerable<T> Where( this IEnumerable<T> source, Func<T,bool> predicate )

31 delegiert In-memory 05 Wie funktioniert LINQ? 31 Anfragetransformation var cust = from c in context.customers where c.name = Peter select c; LINQ Statement var cust = context.customers.where( c => c.name == Peter ); Lambda Expression abstract syntax tree SELECT C.* FROM Customers C WHERE C.Name = Peter Datenquellabhängige Anfrage

32 05 Wie funktioniert LINQ? 32 PLINQ Parallel Linq - deklarativer oder funktionaler Code lässt sich einfacher automatisch parallelisieren - PLINQ wird Teil des.net Frameworks 4.0 sein - Parallelisieren der Anfrageausführung von in-memory-datenquellen (Objects, XML etc.) var query = ( from customer in Customers where customer.name.startswith( A ) select customer ).AsParallel(2);

33 06 Warum LINQ? 33 Vorteile - Datenquellenunabhängige Abfragesprache - Vom Compiler lesbar (syntaktische Fehler werden zur Compile-/Entwicklungszeit erkannt) - Vom Entwickler lesbar (kürzerer und klarerer Quellcode) Nachteile - Erlernen einer neuen Technologie - zum Teil bringen LINQ-Provider spezifische Technologien mit, die man verwenden muss - zur Zeit kann man in einer Query nur eine delegierende Datenquelle verwenden