Objekt-Funktionale Programmierung. am Beispiel von SCALA. Thorsten Jolitz

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1 Objekt-Funktionale Programmierung am Beispiel von SCALA Thorsten Jolitz 1. Auflage 2012

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 1. Ausgangspunkt Imperative Programmierung 5 2. Elemente der Imperativen Programmierung Entstellung und Erfolgsfaktoren Variablen Eigenschaften von Variablen Name Adresse und Wert Typ Lebenszeit Sichtbarkeit Zuweisungsoperation Kontrollanweisungen Steuerung des Kontrollflusses Sequenz Auswahl Iteration Abstraktion und Strukturierung Abstraktion in der Programmierung Prozeßabstraktion Datenabstraktion Kapselung und modulare Programmierung Abstrakte Datentypen (ADT) ADT vs Objekt 27 I

3 II. Grundlagen der OO-Programmierung Programmieren mit Objekten Objekt-Orientiertes Software-Engineering Daten und Methoden Prozedurale Datenabstraktion Objekte als Konstruktoren einer Datenabstraktion Klassenparameter und Klassenkonstruktor Klassen und Objekte Instanzvariablen Getter und Setter Zugriffsmodifikatoren Methoden Komposition und Vererbung Begrifflichkeiten Objekt-basierte Programmierung und Komposition Objekt-orientierte Programmierung und Vererbung Parameterlose Methoden Polymorphismus und dynamisches Binden Mehrfachvererbung vs Traits Das Diamantenproblem Java's Interfaces Scala's Traits Linearisierung Komposition mit Traits Alles ist ein Objekt Smalltalk als Vorreiter Scala's Klassenhierarchie Scala's Pakete CLOS Jenseits der Smalltalk-Klasse Multi-Methoden Probleme der Objekt-orientierten Programmierung Das Problem der Substituierbarkeit Das Fragile-base-class Problem Das Problem der schlechten Tracebarkeit Das Problem der eindimensionalen Strukturierung Das Problem der mangelnden Kapselung Das Problem der mangelnden Skalierbarkeit 87 II

4 Das Problem der mangelnden Eignung 87 III. Grundlagen der Funktionalen Programmierung Konzepte funktionaler Programmierung Abgrenzung zur imperativen Programmierung Ausgangspunkt Mathematik Mathematische Funktionen Rekursion Lambda-Notation Currying Funktionale Programme Verzögerte Evaluierung Programme als Funktionen Modellieren von Zuständen Funktionale Datentypen ADT und Mustervergleich Unveränderliche Daten und Kollektionen Monaden als Tor zur realen Welt Elemente Funktionaler Programmierung in Scala Funktionen und Closures Funktionen Closures Listen und Tupel Listen Tupel Case Classes und Pattern Matching Konstruktoren und Extraktoren For Ausdrücke als Syntax für Monaden 126 IV. Typsysteme Typsysteme Typen vs. Typsysteme Grundlagen Objekt-Orientierter Typsysteme 136 III

5 7.3. Scala's Typsystem Theoretische Grundlagen Typen als gleichberechtigte Sprachelemente Funktionale Typabstraktion Typschranken und Varianzen Objekt-Orientierte Typabstraktion Verbesserungen gegenüber Java's Typsystem 14G V. Objekt-Funktionale Programmierung Warum Objekt-Funktionale Programmierung? Java-Frust Neue Lösungen für alte und neue Probleme Komponenten-basierte Programmierung Was sind Komponenten? Abstraktionen für Komponentensysteme Service-Orientierte Programmierung Parallele Programmierung Nebenläufigkeit und Parallelität Probleme und Lösungsansätze Zwischenlösung oder neues Paradigma? Objekt-Funktional vs Funktional Objekt-Funktional vs FRP Lisp oder nicht Lisp? Zurück in die Zukunft der neue Trend zu Lisp Die Jahrhundertsprache Skalpell vs Schweizer Armeemesser PL/I, die erfolglose Jahrhundertsprache Scala in zwei Modi Fazit 185 VI. Anhang 191 A. Scala Code ausführen 193 A.l. Der Scala Interpreter 193 A.2. Scala Applikationen 193 IV

6 die B. Ausnahmebehandlung in Scala 197 C. Anwendungsgebiet XML-Verarbeitung 199 C.l. Scala's XML Unterstützung 199 C.l.l. XML - Sprache des Web 199 C.l.2. Scala's Datenmodell für XML 200 C.1.3. XML-Dokumente erzeugen 201 C.l.4. XML-Dokumente einlesen 203 C.1.5. Pattern Matching auf XML 204 C.1.6. XML-Queries mit For Comprehensions 205 C.l.7. XML-basierte Web-Services 205 V