FUNCTIONAL  PROGRAMMING  Real  Life  Functional  Programming  

Sascha  Koch  JUG  Bielefeld  19.11.2014  

Agenda  •  Einführung  in  die  funktionale  Programmierung  •  Reine  FP  in  der  JVM  an  Hand  von  Clojure  

•  Semi  /  Practical  FP  an  Hand  von  Guava  •  Closures  in  Java  8  • Ausblick  

λ  

x  

λx.T  

S  T  

(λx.R)T  

(λx.x  b  x  a)  pi    

pi  b  pi  a  β-­‐Reduktion  

λx.x  λx.a  λf  x.f  (f  x)  

(λx  y.x  +  y)  1  2  (((λx  y.x  +  y)  1)  2)  ((λy.1  +  y)  2)  λy.1  +  y  

λ  x  y.x  λ  x  y.y  A    B  C  

λ  z  s.z  λ  n  s.n  s  �  s  

λ  n  m  s.n  s  �  m  s  

Unterschiede  zu  imperativen  Sprachen  Funktionale  Sprachen   Imperative  Sprachen  

Building  Blocks   Funktionen   Instruktionen  

Zustand   unveränderlich   wird  modifiziert  

Variablen   An  Ausdruck  gebunden   Speicheradresse  

Programmablauf   Ausdrücke  werden  ausgewertet  

Führt  eine  Menge  von  Instruktionen  aus  

Zusammenfassung  •  Lambda  Kalkül  •  Formales  System  zur  Definition  von  Funktionen  •  Turing-­‐vollständig  •  Wie  die  Turing-­‐Maschine  nur  ein  abstraktes  Modell  •  Grundlage  für  funktionale  Programmiersprachen  

• Alles  sind  Funktionen  •  Kombinatoren  sind  Lambda-­‐Ausdrücke  ohne  freie  Variablen  •  Lambda-­‐Kalkül  +  Typisierung  +  syntaktischer  Zucker  à  FP  

Agenda  •  Einführung  in  die  funktionale  Programmierung  ✔  •  (Reine)  FP  in  der  JVM  an  Hand  von  Clojure  

•  Semi  /  Practical  FP  an  Hand  von  Guava  •  Closures  in  Java  8  • Ausblick  

Design  by  Tom  Hickey  and  Rich  Hickey  

increment    1  )  (  

Installation  1.  Aktuelles  clojure.jar  laden  (http://clojure.org/downloads)  2.  Clone  und  build  von  GitHub  

$  git  clone  https://github.com/clojure/clojure  $  mvn  clean  install  

 •  Clojure  Programm  starten:    $  java  –jar  clojure-­‐x.y.z.jar  file.clj  

•  REPL  starten:    $  rlwrap  java  –jar  clojure-­‐x.y.z.jar  

 

Installation  •  Installiere  aktuelles  Leiningen  (http://leiningen.org)    

$  lein  repl  $  lein  new  project  $  lein  test  $  lein  run  $  lein  jar  $  lein  uberjar  $  lein  deploy  clojars  (benötigt  clojars.org  account)      http://www.classicshorts.com/stories/lvta.html  

Atomic  Data  Types  • Arbitrary  precision  integers  12345678987654  • Double    1.234  •  BigDecimals  1.234M  •  Ratios    22/7  •  Strings    “fred“  „ethel“  •  Character    \a  \b  •  Symbols    fred  ethel  •  Keywords    :fred  :ethel  • Null      nil    •  Booleans    true  false  •  Regex  patterns  #“a*b“  

Datenstrukturen  •  Liste  –  einzeln  verkettet,  wachsen  von  vorne  •  (1  2  3  4  5),  (fred  ethel  lucy),  (list  1  2  3)  

•  Vectoren  –  Zugriff  via  Index,  wachsen  nach  hinten  •  [1  2  3  4  5],  [fred  ethel  lucy]  

• Maps  (key-­‐value  Paare)  •  {:a  1,  :b  2,  :c  3},  {1  „ethel“  2  „fred“}  

•  Sets  •  #{fred  ethel  lucy}  

•  Everything  nests  

Syntax  •  Clojure  ist  homoikonisch  • Datenstrukturen  sind  der  Code    •  Keine  weitere  text-­‐basierte  Syntax  •  Syntax  ist  die  Interpretation  der  Datenstruktur    

Ausdrücke  und  Operationen  • Alles  ist  ein  Ausdruck  expression  • Die  Datenliterale  repräsentieren  sich  selbst  • Außer  bei  Listen  und  Symbolen  (dann  passiert  etwas)  •  Symbole  –  Binding  zu  einem  Wert  gesucht  (lokal  let,    global  def)  •  Liste  –  führt  eine  bestimmte  Operation  aus  (op)  

•  (op  ...)  •  op  kann  folgendes  sein:  •  Spezielle  Op  (siehe  clojure.lang.Compiler.java)    à  MAGIE  •  Makro  •  Funktion  (Ausdruck  welcher  eine  Funktion  ergibt)  

Funktionen  •  First  class  values    (def  five  5)  (def  sqr  (fn  [x]  (*  x  x)))  (sqr  five)  25  

• Makro  defn  (defn  sqr  „This  method  calculates  the  square  root  of  n“          [x]            (*  x  x))  

 

Makros  •  defmacro  

• macroexpand    

•  Beispiel  „first“  oder  „ifnot“  •  (defn  ff  [a  b]  a)  (defmacro  mf  [a  b]  a)    

•  (defn  fifnot  [i  t  e]  (if  (not  i)  t  e))  (defmacro  mifnot  [i  t  e]  `(if  (not  ~i)  ~t  ~e))  

 • Weitere  Informationen:  http://clojure.org/macros  

Sequences  •  (seq  coll)  •  (first  seq)  •  (rest  seq)      •  Sequences:  list,  vector,  files,  ...  

Finally  Functions    • Hello  world  equivalent:  factorial  

•  Several  versions  1.  Simple  approach  2.  Extended  multiplication  operator:  *‘  3.  Loop-­‐Recur-­‐Pattern  4.  reduce  

Live  Demo  

Ring  Demo  

Java  in  Clojure  •  Sehr  einfach:    (def  cal  (java.util.Calendar/getInstance))  #‘user/cal    (.getTimeInMillis  cal)  1415399321833    (System/currentTimeMillis)  1415703691973  

Clojure  in  Java  • Generate  classes  for  Java    (ns  de.coruco.binomial      (:gen-­‐class))    (defn  binomial  ...)    

Clojure  in  Java  • As  of  Clojure  1.6.0:    import  clojure.java.api.Clojure;  import  clojure.lang.Ifn;    ...    Ifn  require  =  Clojure.var(  „clojure.core“,  „require“  );  require.invoke(  Clojure.read(  „de.coruco.binomial“  )  );    Ifn  binomi  =  Clojure.var(  „de.coruco.binomial“,  „binomial“  );  Object  result  =  binomi.invoke(  7,  6  );  

Sechs  Regeln  der  Clojure  Programmierung  

1.  Vermeide  direkte  Rekursion  2.  Benutze  recur  um  Skalare  oder    kurze  Sequenzen  zu  

verarbeiten  3.  Verwende  lazy  Sequenzen  um  lange  Sequenzen  zu  

verarbeiten  4.  Erzeuge  nicht  unnötige  Teile  einer  lazy  Sequenz  5.  Lernen  Du  musst  die  Funktionen  von  Sequenzen  6.  Zerteile  selbst  einfache  Probleme  in  triviale  Probleme  und  

Du  wirst  eine  Lösung  in  der  Standard-­‐Bibliothek  finden  (Teile  und  Herrsche)  

Noch  mehr?  • midje  

•  Clojurescript  

•  :clojureD  

•  github  

Agenda  •  Einführung  in  die  funktionale  Programmierung  ✔  •  Reine  FP  in  der  JVM  an  Hand  von  Clojure  ✔  

•  Semi  /  Practical  FP  an  Hand  von  Guava  •  Closures  in  Java  8  • Ausblick