Organisatorisches/Einstieg

Transkript

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2 1/31 Organisatorisches/Einstieg Florian Adamsky, B. Sc. (PhD cand.) cbd Softwareentwicklung im WS 2014/15

3 2/31 Outline 1 Motivation Theoretische Grundlagen Programmierparadigmen Übersetzung in Maschinencode 2 Entwicklungsumgebung

4 3/31 Table of Contents 1 Motivation Theoretische Grundlagen Programmierparadigmen Übersetzung in Maschinencode 2 Entwicklungsumgebung

5 4/31 Motivation: Warum Programmieren lernen? YouTube-Video: What Most Schools Don t Teach Programmieren ist die Sprache des 21. Jahrhunderts

6 5/31 Entscheidungsproblem Theorem (Entscheidungsproblem) Gibt es ein System von Axiomen, aus denen alle Gesetze der Mathematik mechanisch ableitbar sind? David Hilbert (1900)

7 5/31 Entscheidungsproblem Theorem (Entscheidungsproblem) Gibt es ein System von Axiomen, aus denen alle Gesetze der Mathematik mechanisch ableitbar sind? David Hilbert (1900) Negativbeweise durch: 1936: Alonzo Church mit seinem Lambda-Kalkül 1936: Alan Turing mit der Turing Maschine

8 6/31 λ-kalkül minimale universelle Programmiersprache entwickelt von Church und Stephen Kleene bestehst aus: Funktionsabstraktion λ x. A anonyme Funktion die x als Parameter bekommt und A als Funktionskörper hat Funktionsapplikation F A die Funktion F wird auf den Ausdruck A angewendet Abbildung: Alonzo Church by Princeton University

9 7/31 Turingmaschine mathematisches Modell das aus folgenden Komponenten besteht: unendlich langem Speicherband mit Feldern programmierbaren Lese- und Schreibkopf q1 Turingmaschine ist die Basis der Von-Neumann-Architektur... b b a a a a... Speicherband q 1 Abbildung: Darstellung auf Basis von Sebastian Sardina Abbildung: Alan Turing

10 8/31 Definitionen Programmierparadigma ist ein Programmierstil dem verschiedene Prinzipien zugrunde liegen. Eine spezielle Art über Probleme nachzudenken. Programmiersprache formale Sprache die ein oder mehrere Programmierparadigmen unterstützt (Multiparadigmen-Sprache).

11 9/31 OCaml C/C++ F# Imperativ Assembler Haskell Funktional Smalltalk zustandsfrei Programmierung zustandsbe haftet Objektori entiert C++ Prolog Logik Java Esoterik Brainfuck Whitespace

12 10/31 OCaml C/C++ F# Imperativ Assembler Haskell Funktional Smalltalk zustandsfrei Programmierung zustandsbe haftet Objektori entiert C++ Prolog Logik Java Esoterik Brainfuck Whitespace

13 11/31 Funktionale Programmierung Basiert auf dem λ-kalkül Formales Modell das auf Alonzo Church (1930) zurückgeht Funktionen entsprechen der mathematische Definition Funktionen sind nur abhängig von den Argumenten

14 11/31 Funktionale Programmierung Basiert auf dem λ-kalkül Formales Modell das auf Alonzo Church (1930) zurückgeht Funktionen entsprechen der mathematische Definition Funktionen sind nur abhängig von den Argumenten Definition (Funktion) f : D Z : x f (x), d.h. jedem Element x D ist genau ein Element durch f (x) Z zugeordnet. D Z

15 12/31 Beispiel für funktionale Programmierung Example (Imperative C#) int sum = 0; foreach (int i in mylist) { sum += (i + 1); }

16 12/31 Beispiel für funktionale Programmierung Example (Imperative C#) int sum = 0; foreach (int i in mylist) { sum += (i + 1); } Example (Funktional Lisp) (reduce '+ (mapcar '1+ mylist))

17 13/31 Prinzipien der funktionalen Programmierung First-Class Funktionen Higher-Order Functions Lazy Evaluation Rekursion Programmiersprachen Common Lisp, Racket, Clojure, Scheme, Haskell, F#, OCaml, R, Erlang, Mathematica,...

18 14/31 OCaml C/C++ F# Imperativ Assembler Haskell Funktional Smalltalk zustandsfrei Programmierung zustandsbe haftet Objektori entiert C++ Prolog Logik Java Esoterik Brainfuck Whitespace

19 15/31 Logik Programmierung basiert auf mathematischer Logik besteht daher aus einer Menge aus Axiomen Example (Prolog) grossvater(x,y) :- vater(x,z), vater(z,y). vater(adam,tobias). vater(tobias,frank).?- grossvater(adam,frank). true.

20 16/31 OCaml C/C++ F# Imperativ Assembler Haskell Funktional Smalltalk zustandsfrei Programmierung zustandsbe haftet Objektori entiert C++ Prolog Logik Java Esoterik Brainfuck Whitespace

21 17/31 Imperative Programmierung längste bekannte Programmierparadigma Quellcode legt fest, was in welcher Reihenfolge ausgeführt wird vergleichbar mit einem Kochrezept tue erst das, dann das Programmiersprachen C, Fortran, Ada, Cobol, Assembler

22 18/31 OCaml C/C++ F# Imperativ Assembler Haskell Funktional Smalltalk zustandsfrei Programmierung zustandsbe haftet Objektori entiert C++ Prolog Logik Java Esoterik Brainfuck Whitespace

23 19/31 Objektorientierte Programmierung Abbildung der Wirklichkeit in Form von Objekten, Attributen und Methoden Versteckt die imperative Programmierung in Klassen Example (Rechteck) Attribute höhe, breite Methoden vergrößern, berechneflaecheninhalt, verschieben,... Rechteck quadrat(32, 32); quadrat.vergroessern(100); quadrat.berecheflaecheninhalt(); quadrat.verkleinern(40);

24 20/31 Prinzipien der OO Programmierung Klassen, Objekte, Vererbung Datenkapselung Polymorphismus Komposition und Aggregation Programmiersprachen Simula, Smalltalk, Java, C#, C++, Python, Ruby, Perl, Lisp (CLOS),...

25 21/31 OCaml C/C++ F# Imperativ Assembler Haskell Funktional Smalltalk zustandsfrei Programmierung zustandsbe haftet Objektori entiert C++ Prolog Logik Java Esoterik Brainfuck Whitespace

26 22/31 Esoterische Programmierung Sind nicht für den praktischen Einsatz gedacht Man versucht möglichst unverständliche Syntax zu erzeugen Viel Spaß auf Programmiersprachen Brainfuck, Whitespaces, Shakespeare Programming Language, Omgrofl,

27 23/31 Hello World in esoterischen Sprachen Example (Brainfuck) [> > >+++>+<<<<-]>++.> >++.<< > >+.>.

28 23/31 Hello World in esoterischen Sprachen Example (Brainfuck) [> > >+++>+<<<<-]>++.> >++.<< > >+.>. Example (Omgrofl) lol iz 72 rofl lol lol iz 101

29 23/31 Hello World in esoterischen Sprachen Example (Brainfuck) [> > >+++>+<<<<-]>++.> >++.<< > >+.>. Example (Omgrofl) lol iz 72 rofl lol lol iz 101 Example (SPL) Romeo, a young man with a remarkable patience. Juliet, a likewise young woman of remarkable grace.

30 Compilevorgang Schritt 1 Quelltext int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while z = x - y; cin >> var; return 0; }

31 Compilevorgang Schritt 1 Quelltext int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while z = x - y; cin >> var; return 0; } compile Objekt-Datei (LIB REF) (LIB REF)

32 Compilevorgang Schritt 1 Quelltext Objekt-Datei Binär-Datei int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while z = x - y; cin >> var; return 0; } compile (LIB REF) (LIB REF) linken Bibliothek

33 24/31 Compilevorgang Schritt 1 Quelltext Objekt-Datei Binär-Datei int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while z = x - y; cin >> var; return 0; } compile (LIB REF) (LIB REF) linken ausführen CPU Bibliothek

34 25/31 Compiler Vor- und Nachteile Vorteile sehr schnell, da Compiler viele Optimierung vornehmen kann Nachteile schwerer zu programmieren Systemabhängig

35 Interpreter Skript #/usr/bin/perl use Module; my $hello = Hello World ; say $hello;

36 Interpreter Skript #/usr/bin/perl use Module; my $hello = Hello World ; say $hello; ausführen Interpreter

37 Interpreter Skript #/usr/bin/perl use Module; my $hello = Hello World ; say $hello; ausführen Interpreter Bibliothek sub function { my ($a, $b, $c) = _; return $a + $b + $c; }

38 26/31 Interpreter Skript #/usr/bin/perl use Module; ausführen Interpreter CPU my $hello = Hello World ; say $hello; Bibliothek sub function { my ($a, $b, $c) = _; return $a + $b + $c; }

39 27/31 Interpreter Vor- und Nachteile Vorteile kein Compilieren notwendig kein selbstständiges Speichermanagement notwendig einfacher zu programmieren Betriebssystem-unabhängig, wenn Interpreter für das Betriebsystem zur Verfügung steht Nachteile deutlich langsamer als kompilierter Code

40 Virtuelle Maschine Quelltext int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while z = x - y; cin >> var; return 0; }

41 Virtuelle Maschine Quelltext int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while z = x - y; cin >> var; return 0; } compile Bytecode 0: iconst_2 1: istore_1 2: iload_1 3: sipush : if_icmpge 44 9: iconst_2 10: istore_2 11: iload_2

42 28/31 Virtuelle Maschine VM Linux ausführen Quelltext Bytecode int main() { if (a < b) cout << ffoo``; do while compile 0: iconst_2 1: istore_1 2: iload_1 3: sipush 1000 ausführen VM Windows z = x - y; 6: if_icmpge 44 cin >> var; 9: iconst_2 return 0; 10: istore_2 } 11: iload_2 ausführen VM Mac OS

43 29/31 VM Vor- und Nachteile Vorteile schneller als Interpreter-Sprache, weil vorcompiliert einfacher zu programmieren Betriebssystem-unabhängig, wenn VM für das Betriebsystem zur Verfügung steht Nachteile langsamer als C

44 30/31 Table of Contents 1 Motivation Theoretische Grundlagen Programmierparadigmen Übersetzung in Maschinencode 2 Entwicklungsumgebung

45 31/31 Entwicklungsumgebung IDE Code::Blocks Visual C++ Express visualstudio/eng/products/ visual-studio-2010-express Eclipse CDT Texteditor Sublime Text 2 Notepad++ Emacs http: //