Clojure in Lehre und Forschung

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1 Clojure in Lehre und Forschung Johannes Brauer NORDAKADEMIE Hochschule der Wirtschaft 29. Mai 2015 Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

2 Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

3 Merkmale [ECG12, Hig15] Clojure Clojure- Datenstrukturen Persistente Datenstrukturen [Oka98, Hic09] Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

4 Merkmale [ECG12, Hig15] Merkmale [ECG12, Hig15] Clojure Clojure- Datenstrukturen Persistente Datenstrukturen [Oka98, Hic09] Autor: Rich Hickey, 2008, stürmische Entwicklung Jede Woche erscheint ein neues Clojure-Buch. Planet Clojure verzeichnet über 400 Clojure-Blogs. Findet zunehmend Beachtung in der Industrie. Lisp-Dialekt gehostete Sprache läuft auf der Java Virtual Machine Variante: ClojureScript wird nach JavaScript kompiliert strenge, dynamische Typisierung betont den funktionalen Programmierstil starke Unterstützung von paralleler und asynchroner Programmierung Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

5 Clojure Merkmale [ECG12, Hig15] Clojure Clojure- Datenstrukturen Persistente Datenstrukturen [Oka98, Hic09] Try Clojure Command line tool - the repl java -cp clojure.jar clojure.main LightTable is a new interactive IDE La Clojure and IntelliJ IDEA Eclipse and Counterclockwise Clojure with Emacs Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

6 Clojure-Datenstrukturen Merkmale [ECG12, Hig15] Clojure Clojure- Datenstrukturen Persistente Datenstrukturen [Oka98, Hic09] Atomare Datentypen Ganzzahlen beliebiger Genauigkeit Doubles 1.234, BigDecimals 1.234M Rationale Zahlen 7/13 Strings "Karl", Characters \R \o \s \a Symbole daniel gustav, Keywords :duesentrieb :gans true, false, nil Datenstrukturen Listen einfach verkettet, wachsen vorn (Karl ist 27), (list 2 3 4) Vektoren Zugriff per Index, wachsen hinten [a b c [d e f]] Maps Mengen von Schlüssel-Wert-Paaren {:a 1, :b 2, :c 3}, {"Karl" 27 "Rosa" 45} Mengen #{karl rosa klara} Alle können beliebig ineinander verschachtelt werden. Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

7 Persistente Datenstrukturen [Oka98, Hic09] Merkmale [ECG12, Hig15] Clojure Clojure- Datenstrukturen Persistente Datenstrukturen [Oka98, Hic09] In Clojure sind alle Datenstrukturen unveränderbar (immutable). Keine Synchronisierung bei konkurrierendem Zugriff erforderlich Datenstrukturen sind (wie Funktionen) Werte erster Ordnung. Jede Änderung liefert neue Version einer Datenstruktur: ( def m {: a 1 : b 2}) m ; ; => {: a 1, : b 2} ( assoc m : c 5) ; ; => {: c 5, : a 1, : b 2} m ; ; => {: a 1, : b 2} Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

8 an der NORDAKADEMIE anderswo Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

9 an der NORDAKADEMIE an der NORDAKADEMIE anderswo im Bachelor-Studiengang Wirtschaftsinformatik : Modul Abstraktionskonzepte der Informatik funktionale Abstraktion (funktionale Programmierung) Datenabstraktion Typsysteme Algebraische Spezifikation von Datentypen im Bachelor-Studiengang Angewandte Informatik : Modul Programmierparadigmen funktionale Programmierung prädikative Programmierung Constraint programming in Zukunft in der Programmiergrundausbildung aktuelle Diskussion im Fachbereich Informatik Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

10 anderswo Projekt Clojure in Education (ClojurEd)[MAE13] der University of Minnesota, Morris incorporating Clojure into undergraduate curriculum an der NORDAKADEMIE anderswo Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

11 Die DSL-Akademie Objekte als Closures person Funktionale Objekte klassenlose Objekte Ergänzungen Implementierung Vorhaben Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

12 Die DSL-Akademie Die DSL-Akademie Objekte als Closures person Funktionale Objekte klassenlose Objekte Ergänzungen Implementierung Vorhaben Thema: Innovationen im Bereich n aus der Sicht der Praxis [BCK08] akademischer Zirkel bestehend aus: Dr. Christoph Crasemann Dr. Hartmut Krasemann Stefanie Jasser mir Schwerpunktthema der letzten Zeit: Überwindung der semantischen Lücke zwischen Allzwecksprachen und Anwendungsdomänen Implementierungstechniken für domänenspezifische Sprachen [KBC11] Implementierung einer in Smalltalk eingebetteten Sprache für die Erzeugung klassenloser Objekte (DOSL) [BKC12] Vortrag auf NKIF 2012 Implementierung einer Parserkombinator-Bibliothek in Clojure [Bra15] DOSL für Clojure Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

13 Die DSL-Akademie Objekte als Closures person Funktionale Objekte klassenlose Objekte Ergänzungen Implementierung Vorhaben Objekte als Closures 1 ( defn person [ ] 2 ( l e t [ name (atom n i l ) 3 vorname (atom n i l ) 4 set name ( fn [ n ] ( r e s e t! name n )) 5 set vorname ( fn [ n ] ( r e s e t! vorname n )) 6 get name ( fn [ 7 get vorname ( f n [ ) 8 vollname ( fn [ ] ( s t " ) ) ] 9 ( fn [ message ] 10 ( cond (= message : set name) set name 11 (= message : set vorname ) set vorname 12 (= message : get name) get name 13 (= message : get vorname ) get vorname 14 (= message : get vollname ) vollname 15 : e l s e ( throw ( Exception. 16 ( s t r "Message not understood : " 17 message ) ) ) ) ) ) ) Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

14 person Die DSL-Akademie Objekte als Closures person Funktionale Objekte klassenlose Objekte Ergänzungen Implementierung Vorhaben ( def p ( person )) (( p : set vorname ) "Gustav ") (( p : set name) "Gans ") (( p : get vollname )) ; ; => "Gustav Gans" Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

15 Funktionale Objekte Die DSL-Akademie Objekte als Closures person Funktionale Objekte klassenlose Objekte Ergänzungen Implementierung Vorhaben Den Begriff functional objects prägte Mattias Felleisen in einer Keynote der ECOOP 2004 in Oslo am 16 Juni ( defn person [ n v ] ( l e t [ name n vorname v get name ( fn [ ] name) get vorname ( fn [ ] vorname ) vollname ( fn [ ] ( s t r vorname " " name )) gruss ( fn [ grussformel ] ( s t r grussformel " " ( vollname ) ) ) ] {: get name get name : get vorname get vorname : vollname vollname : gruss gruss })) ( def p ( person "Gans" "Gustav ")) (( p : gruss ) " Hallo ") ; ; => " Hallo Gustav Gans" Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

16 klassenlose Objekte Die DSL-Akademie Objekte als Closures person Funktionale Objekte klassenlose Objekte Ergänzungen Implementierung Vorhaben In der Syntax der DOSL wird das person-objekt aufgeschrieben, ohne dass vorher eine Klassendefintion angelegt werden muss: ( obj [ name "Gans" vorname "Gustav "]) Technisch liefert der Ausdruck wieder eine Dispatcher-Funktion, die mit dem Namen einer Methode als Argument aufgerufen werden kann: (( obj [ name "Gans" vorname "Gustav "]) name) ; ; => "Gans" Ein DOSL-Objekt kann auch an ein Symbol gebunden werden: ( def p ( obj [ name "Gans" vorname "Gustav "])) (p vorname ) ; ; => "Gustav" Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

17 Ergänzungen Definition von Methoden: Die DSL-Akademie Objekte als Closures person Funktionale Objekte klassenlose Objekte Ergänzungen Implementierung Vorhaben ( defobj p [ name "Gans" vorname "Gustav" vollname ( fn [ ] ( s t r vorname " " name ) ) ] ) (p vollname ) ; ; => "Gustav Gans" Nachträgliches Hinzufügen von Slots: ( def p (add s l o t p gruss ( fn [ grussformel ] ( s t r grussformel " " ( vollname ) ) ) ) ) (p gruss " Hallo ") ; ; => " Hallo Gustav Gans" Set-Methoden automatisch erzeugt: (( p name "Ente ") name) ; ; => "Ente" (p name) ; ; => "Gans" Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

18 Implementierung Die DSL-Akademie Objekte als Closures person Funktionale Objekte klassenlose Objekte Ergänzungen Implementierung Vorhaben Die Implementierung der DOSL erfolgt hauptsächlich durch drei Clojure-Makros: obj Erzeugung der DOSL-Objekte defobj syntaktischer Zucker für die Bindung eines Objekts an eine Variable add-slot Erzeugung eines neuen Objekts durch Hinzufügen eines Slots Zusammen mit Hilfsfunktionen und -makros ca. 50 LOC. Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

19 Vorhaben Die DSL-Akademie Objekte als Closures person Funktionale Objekte klassenlose Objekte Ergänzungen Implementierung Vorhaben Überarbeitung des Curriculums für die Programmiergrundausbildung in den Informatik-Studiengängen Abschied von objects first (und Smalltalk) Eine Idee (unter vielen) für das erste Studienjahr: Einstieg mit funktionaler Programmierung funktionale Objekte Klassen als expliziten Abstraktionsmechanismus einführen DSL-Akademie: Nutzung von funktionalen Objekten für die Entwicklung einer DSL für eine kaufmännische Domäne Nutzung von Clojure für die Umsetzung des Data-Context-Interaction-Architekturmusters [CR12] Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

20 Literatur Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

21 Literatur technisch: Möglichkeit der Klassenbildung? änderbare Objekte? Ist das DCI-Architekturmuster tragfähig? Ist Clojure als DCI-Sprache geeignet? didaktisch Wie wird das didaktische Konzept für die Programmiergrundausbildung aussehen? Wird Clojure (DOSL) ggf. dabei helfen? Ihre Fragen! Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22

22 Literatur [BCK08] Brauer, Johannes, Christoph Crasemann und Hartmut Krasemann: Auf dem Weg zu idealen Programmierwerkzeugen Bestandsaufnahme und Ausblick. Informatik-Spektrum, 31(6): , Dezember [BKC12] Brauer, Johannes, Hartmut Krasemann und Christoph Crasemann: Implementierung einer in Smalltalk eingebetteten Sprache für die Erzeugung klassenloser Objekte. In: Forschung für die Wirtschaft NORDAKADEMIE Hochschule der Wirtschaft, [Bra15] [CR12] Brauer, Johannes: Implementierung einer Parserkombinator-Bibliothek in Clojure. In: Forschung für die Wirtschaft NORDAKADEMIE Hochschule der Wirtschaft, Coplien, James O. und Trygve Mikkjel Heyerdahl Reenskaug: The data, context and interaction paradigm. In: SPLASH 12: Proceedings of the 3rd annual conference on Systems, programming, and applications: software for humanity, Seiten , New York, NY, USA, ACM. [ECG12] Emerick, Chas, Brian Carper und Christophe Grand: Clojure Programming. O Reilly Media, Inc, Hickey, Rich: The clojure programming language. In: Proceedings of the 2008 symposium on Dynamic languages, Seite 1. ACM, [Hic09] Hickey, Rich: Persistent Data Structures and Managed References zuletzt aufgerufen am [Hig15] Higginbotham, Daniel: Clojure for the Brave and True. Leanpub, [KBC11] Krasemann, Hartmut, Johannes Brauer und Christoph Crasemann: DSLs MIT PARSER-KOMBINATOREN: Mit wenig Code zu einer Harel- Statechart-DSL. OBJEKTspektrum, (4), [MAE13] Machkasova, Elena, Stephen J Adams und Joe Einertson: Steps towards teaching the Clojure programming language in an introductory CS class [Oka98] Okasaki, Chris: Purely Functional Data Structures. Cambrigde University Press, Johannes Brauer Norddeutsches Kolloqium für Informatik an Fachhochschulen / 22