programación multiparadigma, conveniencia y actualidad

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ProgramaciónFunciona-

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Actualidadde la PMP.NET

Softwaredistribuido yconcurrente

Aquí y allá...

TécnicastradicionalesProgramaciónOrientada a Objetos

Realidad dela industriadel softwareErrores de software

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Paradigmas

Paradigmas deprogramación

ParadigmaFuncional

ProgramaciónFuncional

Ejemplo

Haskell

Definición de

PROGRAMACIÓN MULTIPARADIGMA ,CONVENIENCIA Y ACTUALIDAD

José Albert Cruz [email protected]

Departamento de Técnicas de ProgramaciónUniversidad de las Ciencias Informáticas

Mayo de 2009

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Ejemplo

Haskell

Definición de

SUMARIO

1 ACTUALIDAD DE LA PMP.NETSoftware distribuido y concurrenteAquí y allá...Paradigmas

Paradigmas de programaciónProgramación FuncionalEjemplo

Técnicas funcionales2 SCALA

Desarrollo de software en la actualidadApreciando Scala

Tipos de funcionesClausuras

Técnicas de PFPattern matchingClases case

Patrones

FOS sobre listas

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Haskell

Definición de

C# 3.0: EXPRESIONES LAMBDA, LINQEXPRESIONES LAMBDA

Manera mucho más concisa de manejar métodosanónimos y por lo tanto de simplificar el trabajo condelegados:

var l i s t = new L i s t < i n t > ( ) ;l i s t . AddRange(new i n t [ ] { 20 , 1 , 4 , 8 , 9 , 44 } ) ;var evenNumbers = l i s t . F i n d A l l (

i => ( i % 2) == 0 ) ;

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Haskell

Definición de

C# 3.0: EXPRESIONES LAMBDA, LINQLINQ

La mayoría del tiempo la pasamos manipulando datos:ADO.NET, XML, reflection y las colecciones. Cada unade las APIs presenta sus características con muypocas facilidades de integración: OO/X mismatch.

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Ejemplo

Haskell

Definición de

C# 3.0: EXPRESIONES LAMBDA, LINQLINQ

El API de LINQ es un intento (satisfactorio) de proveeruna manera consistente en la cual los programadorespuedan obtener y manipular “datos" en el sentidoamplio de la palabra.

s t r ing [ ] currentVideoGames = { " Morrowind " ," BioShock " , " Ha l f L i f e 2 : Episode 1 " ," The Darkness " , " Daxter " , " System Shock 2 " } ;

IEnumerable<str ing > subset =from g in currentVideoGameswhere g . Length > 6 orderby gse lec t g ;

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Haskell

Definición de

F#

“...the somewhat mathematical slant of functionalprogramming just seems naturally appealing toprofessionals whose primary domain is described withmathematical notation - domains such as financial,scientific and technical computing..."

S. SomasegarSenior Vice President, Developer DivisionMicrosoft

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Haskell

Definición de

SOFTWARE DISTRIBUIDO Y CONCURRENTEERLANG

Funcional

Concurrente

Muy eficiente

Diseñado para sistemas de tiempo real

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Haskell

Definición de


loop ( ) −>receive

{ rec tang le , Width , Ht } −>i o : fo rmat ( " Area o f rec tang le i s ~p~n " ,

[ Width ∗ Ht ] ) , loop ( ) ;{ c i r c l e , R} −>

i o : fo rmat ( " Area o f c i r c l e i s ~p~n " ,[ 3.14159 ∗ R ∗ R] ) , loop ( ) ;

Other −>i o : fo rmat ( " I don ’ t know what the area

o f a ~p i s ~n " , [ Other ] ) , loop ( )end .

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Haskell

Definición de


1> Pid = spawn ( fun area_server0 : loop / 0 ) .<0.36.0 >2> Pid ! { rec tang le , 6 , 10 } .Area of rec tang le i s 60{ rec tang le ,6 ,10 }3> Pid ! { c i r c l e , 23 } .Area of c i r c l e i s 1661.90{ c i r c l e ,23 }

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Definición de

OTRAS TECNOLOGÍAS

1 JavaScript/ActionScript2 JavaFX3 Clojure4 Haskell5 R6 Mathematica7 Ruby: RoR8 Python

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Haskell

Definición de

PROGRAMACIÓN ORIENTADA A OBJETOS

Entes que se solicitan servicios a travésde mensajesCada objeto es caracterizado por:

atributos ⇒ ESTADOmétodos ⇒ Alteran el estado y/o informan sobre él

Desde cualquier punto se puede alterar elestado de cualquier objeto

niveles de acceso en clases/metodologías de ISW: NOSUFICIENTES, sobran los ejemplos:

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Haskell

Definición de

COSTO DE LOS ERRORES DE SOFTWARE

Software errors cost the U.S. economy $60billion annually in rework, lost productivityand actual damages. We all know softwarebugs can be annoying, but faulty software canalso be expensive, embarrassing, destructiveand deadly.

http://www.nist.gov/public_affairs/releases/n02-10.htm

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Haskell

Definición de

CRISIS DEL SOFTWARE

Los programadores que se enfrentan a laconstrucción de grandes sistemas desoftware observan que sus productos noson fiables.

La raíz del problema radica en la dificultadde demostrar que el sistema cumple losrequisitos especificados.

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Haskell

Definición de

POSIBLES SOLUCIONES

Ingeniería del Software: solución de losproblemas de Análisis y Diseño degrandes proyectos.

Síntesis de Programas: obtener a partirde unas especificaciones formales códigoejecutable.

Modelo de computación diferente almodelo imperativo tradicional.

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Haskell

Definición de

MODELO DE COMPUTACIÓN

Los problemas son inherentesal modelo computacionalutilizado y su solución no seencontrará a menos que seutilice un modelo diferente.

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Haskell

Definición de

PROGRAMACIÓN DECLARATIVA

Establece qué debe ser computado, pero

No necesariamente cómo computarlo

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Definición de

LENGUAJE DECLARATIVO

Sus frases describen relaciones entre losdatos

Oculta los algoritmos dentro de lasemántica del lenguaje

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Haskell

Definición de

CONSTRUCCIÓN DE PROGRAMAS

Imperativa : estudiar las secuencias deinstrucciones que debo dar al computadorpara buscar la solución (acciones arealizar)

Declarativa : ¿cómo expresar ladescripción del problema para que elcomputador pueda buscar las soluciones?(conocimiento acerca del problema)

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Haskell

Definición de

PARADIGMA FUNCIONAL

Abstracción fundamental: la funciónmatemática

Programar consiste en definir funciones apartir de otras más sencillas (usandooperaciones básicas: composición,recursión y condicional)

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Haskell

Definición de

PARADIGMA FUNCIONAL

Transparencia referencial: el valor quedevuelve una función está únicamentedeterminado por el valor de susargumentos, por lo que una expresióntiene siempre el mismo valor.

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Haskell

Definición de

COMPROBACIÓN DE PRIMALIDAD

prime n =n > 1 && a l l ( \ x −> rem n x /= 0 ) [ 2 . . n−1]

&& ⇒ denota conjunción

rem n x /= 0 ⇒ expresa que el resto de ladivisión de n por x es distinto de cero. Enotras palabras: x no es un divisor propiode n

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Haskell

Definición de

COMPROBACIÓN DE PRIMALIDADNUESTRO PRIMER PROGRAMAHASKELL


( x -> rem n x /= 0 ) ⇒ es la propiedad deno ser un divisor propio de n

[2..n-1] ⇒ denota la lista de enterosdesde 2 hasta n-1 (incluido)

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Haskell

Definición de

COMPROBACIÓN DE PRIMALIDADNUESTRO PRIMER PROGRAMAHASKELL


all ⇒ denota la prueba de que todos losmiembros de la lista cumplen con lapropiedad

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Haskell

Definición de

DEFINIENDO FUNCIONESECUACIONES CON GUARDAS

Las funciones pueden definirse usando guardedequations: una secuencia de expresiones lógicas queson usadas para escoger una de las definiciones, elproceso de búsqueda comienza por la primera (dearriba a abajo) y continúa hasta que se encuentre unaque evalúe a True.

s igno n | n < 0 = −1| n == 0 = 0| otherwise = 1

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Haskell

Definición de

DEFINIENDO FUNCIONESPATTERN MATCHING

Una secuencia de expresiones llamadas patrones esusada para escoger entre un conjunto de posiblesresultados:

True & True = TrueTrue & False = FalseFalse & True = FalseFalse & False = False

De ellas se coge el primer resultado para el que sesatisfaga el patrón.

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Haskell

Definición de

PATTERN MATCHINGL ISTAS POR COMPREHENSIÓN

Pattern matching para escoger elementos, esencia delpatrón send/recieve de la librería Actors:

> [ x | ( x , ’M’ ) <− [ ( 1 , ’M’ ) , (2 , ’F ’ ) ,(4 , ’M’ ) ] ]

[ 1 , 4 ]

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Definición de

TÉCNICAS DEPROGRAMACIÓN FUNCIONALEXPRESIONES LAMBDA

Las funciones pueden ser construidas “sin nombre"usando expresiones lambda:

\ x −> 2 ∗ x

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Haskell

Definición de

EXPRESIONES LAMBDAUTILIDAD

Formalización de la definición de funciones curried:

add x y = \ x −> ( \ y −> x + y )

Evitar crear funciones que solo se usan una vez:

impares n = [ f t | t <− [ 0 . . n−1]where f x = x ∗ 2 + 1

impares n = [ ( \ x −> x∗2+1) t | t < − [0 . .n−1]

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Haskell

Definición de

TÉCNICAS DEPROGRAMACIÓN FUNCIONALFUNCIONES DE ORDEN SUPERIOR

Definición: una función es considerada de ordensuperior si espera una función como argumento odevuelve una función como resultado:

tw ice f x = f ( f x )

> tw ice ( \ x−>x ∗2) 312

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Haskell

Definición de

PROCESAMIENTO DE LISTASMAP: APLICA UNA FUNCIÓN A TODOS LOS ELEMENTOS DE UNA LISTA

map f xs = [ f x | x <− xs ]

> map ( \ x−>x+1) [ 1 , 3 , 5 , 7 ][ 2 , 4 , 6 , 8 ]

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Definición de

LA FUNCIÓN MAP

Definición recursiva:

map f [ ] = [ ]map f ( x : xs ) = f x : map f xs

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Definición de

PROCESAMIENTO DE LISTAS

filter: Selecciona a todos los elementos de una listaque satisfacen un determinado predicado, dondepredicado (o propiedad) es una función que retorna unvalor lógico.

f i l t e r p xs = [ x | x <− xs , p x ]

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Definición de

LA FUNCIÓN FILTER

Definición recursiva:

f i l t e r p [ ] = [ ]f i l t e r p ( x : xs ) | p x = x : f i l t e r p xs

| otherwise f i l t e r p xs

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Definición de

LA FUNCIÓN FOLDR

Muchas funciones sobre listas pueden ser definidasusando el siguiente patrón de recursión:

f [ ] = vf ( x : xs ) = x op f xs

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Definición de

LA FUNCIÓN FOLDREJEMPLOS

La función mapea lista vacía ([]) a un valor v, y,cualquier lista no vacía a un operador op (binario)aplicado a la cabeza de la lista y al resultado deprocesar recursivamente la cola de la lista:

suma [ ] = 0suma ( x : xs ) = x + suma xs

producto [ ] = 1producto ( x : xs ) = x ∗ producto xs

o [ ] = Falseo ( x : xs ) = x or o xs

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Definición de

LA FUNCIÓN FOLDRDEFINICIÓN

La función foldr (foldl) encapsula este patrón derecursión con el operador y el valor v comoargumentos:

suma = f o l d r ( + ) 0

producto = f o l d r ( ∗ ) 1

o [ ] = f o l d r ( or ) False

y [ ] = f o l d r (and ) True

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Definición de

LA FUNCIÓN FOLDR1DEFINICIÓN

La función foldr1 puede definirse así:

fo ld r1 op [ x ] = x

fo ld r1 op ( x : xs ) = op x ( fo ld r1 op xs )

Siendo # un operador binario infijo:

fo ld r1 ( # ) [ x1 , x2 , . . . , xn ] =x1 # ( x2 # ( . . . ( xn−1 # xn ) . . . ) )

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EJEMPLODEFINIENDO EL MÁXIMO DE UNA LISTA :

max l i s t l i s t = fo ld r1 max l i s t

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Haskell

Definición de

DESARROLLO DE SOFTWARE EN LA ACTUALIDAD

Muchos LPs trabajando juntos

JavaScript

Perl/Python/Ruby/Groovy (scripting en elservidor)

JavaFX (UI)

Java (business logic)

SQL (for database access)

Integración: XML, strings.

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Haskell

Definición de

ALTERNATIVA : LENGUAJES ESCALABLES

Un lenguaje es escalable si es adecuado paradesarrollar tanto programas pequeños y comograndes.

Tratar necesidades de dominiosespecíficos meiante DSLs en vez delenguajes externos.

Scala logra esto mediante una mescla deusuarios expertos (para el framework) yno expertos (para el código deaplicación).

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Haskell

Definición de

EJEMPLOS

Añadir estructuras de control:

using (new BufferedReader (new Fi leReader ( path ) ) ) {

f => p r i n t l n ( f . readLine ( ) )}

En vez de:

val f = new BufferedReader (new Fi leReader ( path ) )

t r y {p r i n t l n ( f . readLine ( ) )

}f i n a l l y {

i f ( f != nu l l ) f . c lose ( )}

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Haskell

Definición de

EJEMPLOSAÑADIR ESTRUCTURAS DE CONTROL:

s i es c i e r t o que 51 < 6 hacer {Consola i m p r i m i r " s i "

} s i no l o es hacer {Consola i m p r i m i r " no "

}

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Haskell

Definición de

EJEMPLOSREDEFINICIÓN DE APIS

Python

fo r root , d i r s , f i l e s in os . walk ( ’ . ’ ) :fo r name in f i l e s :

i f name[ −3: ] == ’ . py ’ :procesar (name)

Scala

fo r ( ( parent , d i r s , f i l e s ) <− " . " . walk )fo r (name <− f i l e s

i f (name endsWith " . py " )) procesar (name)

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Haskell

Definición de

¿CÓMO LOGRARLO?WITH

def using [ T <: { def close ( ) } ]( resource : T ) ( b lock : T => Un i t ) {

t r y {b lock ( resource )

} f i n a l l y {i f ( resource != nu l l ) resource . c lose ( )

}}

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Haskell

Definición de

¿CÓMO LOGRARLO?SI ES CIERTO QUE... HACER

class T16 ( cond : => Boolean , i n s t I f : => Un i t ) {def hacer ( i n s t E l se : => Un i t ) {

i f ( cond )i n s t I f

elsei n s t E l se

}}

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Haskell

Definición de

FUNCIONESL ITERALES FUNCIONALES

Funciones de primera clase: se pueden escribirfunciones sin nombre (lambdas) que constituyenvalores.

( x : I n t ) => x + 1

var incrementar = ( x : I n t ) => x + 1

> incrementar (10)11

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Haskell

Definición de

FUNCIONESCLAUSURAS (CLOSURES)

En el cuerpo de un literal de función se puedenreferenciar no solo parámetros del literal, tambiénvariables del ámbito:

val suma = ( x : I n t , y : I n t ) = x + yvar mas = 1val sumaConMas = ( x : I n t ) => x + mas

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Haskell

Definición de

UTILIDAD DE LAS TÉCNICAS DE PFREDUCCIÓN DE CÓDIGO

Parte común de las funciones: el cuerpoParte variable: los parámetros

Uso de literales funcionales: convierte a los algoritmos(código) en parámetros (datos).

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Haskell

Definición de

FUNCIONES DE ORDEN SUPERIOR:SIMPLIFICACIÓN DE CÓDIGO

def t ieneNegat ivos (nums : L i s t [ I n t ] ) =nums . e x i s t s ( _ < 0)

def t ieneImpares (nums : L i s t [ I n t ] ) =nums . e x i s t s ( _ % 2 == 1)

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Definición de

CLASES CASE Y PATTERN MATCHING

> abstract class Exprcase class Var (name : S t r i n g ) extends Exprcase class Number(num: Double ) extends Exprcase class UnOp( opera to r : S t r ing , arg : Expr

extends Exprcase class BinOp ( opera to r : S t r ing ,

l e f t : Expr , r i g h t : Expr ) extends Expr

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Haskell

Definición de

PATTERN MATCHINGPATRONES DE CONSTRUCTOR

def s i m p l i f i c a r ( expr : Expr ) : Expr =expr match {case UnOp( "−" , UnOp( "−" , e ) ) => ecase BinOp ( "+ " , e , Number ( 0 ) ) => ecase BinOp ( " ∗ " , e , Number ( 1 ) ) => ecase _ => expr

}

> s i m p l i f i c a r (UnOp( "−" , UnOp( "−" , Var ( " x " ) ) ) )res4 : Expr = Var ( x )

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Haskell

Definición de

PATTERN MATCHINGPATRONES DE SECUENCIAS

def comienzaConCero ( expr : L i s t [ I n t ] ) =expr match {case L i s t (0 , _ , _ ) => p r i n t l n ( " Encontrado " )case _ =>

}

def comienzaConCero2 ( expr : L i s t [ I n t ] ) =expr match {case L i s t (0 , _∗ ) => p r i n t l n ( " Encontrado " )case _ =>

}

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Definición de

PATTERN MATCHINGPATRONES TIPADOS

def tamanno( x : Any ) =x match {

case s : S t r i n g => s . leng thcase m: Map[ _ , _ ] => m. s izecase _ => −1

}

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Definición de

PATRONES TIPADOSUSO

> tamanno( " abc " )res15 : I n t = 3

> tamanno(Map(1 −> ’ a ’ ,2 −> ’ b ’ ) )

res16 : I n t = 2

> tamanno( Math . Pi )res17 : I n t = −1

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Haskell

Definición de

TRANSFORMACIONESMAP

> L i s t (1 , 2 , 3) map ( _ + 1)L i s t (2 , 3 , 4)

> val words = L i s t ( " the " , " qu ick " ," brown " , " fox " )

> words map ( _ . leng th )L i s t (3 , 5 , 5 , 3)

> words map ( _ . t o L i s t . reverse . mkStr ing )L i s t ( eht , kciuq , nworb , xo f )

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Definición de

TRANSFORMACIONESFLATMAP

Toma una función como segundo operando y da porresultado la concatenación de todos los resultados

> L i s t . range (1 , 5) f la tMap (i => L i s t . range (1 , i ) map ( j => ( i , j )

)L i s t ( ( 2 , 1 ) , ( 3 , 1 ) , ( 3 , 2 ) , ( 4 , 1 ) , ( 4 , 2 ) , ( 4 , 3 ) )

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Definición de

FILTRADO DE LISTASFILTER

> L i s t (1 , 2 , 3 , 4 , 5) f i l t e r ( _ % 2 == 0)L i s t (2 , 4)

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Haskell

Definición de

FILTRADO DE LISTASFIND

> L i s t (1 , 2 , 3 , 4 , 5) f i n d ( _ % 2 == 0)Some( 2 )

> L i s t (1 , 2 , 3 , 4 , 5) f i n d ( _ <= 0)None

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Haskell

Definición de

FILTRADO DE LISTASTAKEWHILE

> L i s t (1 , 2 , 3 , −4, 5) takeWhile ( _ > 0)L i s t (1 , 2 , 3)

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Definición de

FILTRADO DE LISTASDROPWHILE

> val words = L i s t ( " the " , " qu ick " , " brown " , " fo> words dropWhile ( _ s t a r t sW i t h " t " )L i s t ( quick , brown , fox )

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Definición de

FILTRADO DE LISTASFORALL / EXISTS

val d3 : L i s t [ L i s t [ I n t ] ] =L i s t (

L i s t (1 , 0 , 0 ) ,L i s t (0 , 1 , 0 ) ,L i s t (0 , 0 , 1)

)def t i eneF i l aCe ro (m: L i s t [ L i s t [ I n t ] ] ) =

m e x i s t s ( row => row f o r a l l ( _ == 0 ) )

> t i eneF i l aCe ro ( d3 )fa lse

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Definición de

FOLDING

def sum( xs : L i s t [ I n t ] ) : I n t = (0 / : xs ) ( _ + _ )def product ( xs : L i s t [ I n t ] ) : I n t = (1 / : xs ) ( _

> ( " " / : words ) ( _ +" " + _ )the qu ick brown fox

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Definición de

FOLDING, EJEMPLOSORDENACIÓN

> L i s t (1 , −3, 4 , 2 , 6) so r t ( _ < _ )L i s t (−3 , 1 , 2 , 4 , 6)

> words so r t ( _ . leng th > _ . leng th )L i s t ( quick , brown , fox , the )