λUvod u funkcijsko programiranje

Dinko Srkoč, Helix d.o.o.

Lambda

Haskell

Clojure

Racket

Philip WadlerFaith, Evolution, and Programming LanguagesQCon 2012

Abelson, SussmanSICP, 2. izdanjeThe MIT Press

Izvori:http://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book.htmlhttp://www.infoq.com/presentations/Faith-Evolution-Programming-Languages

λ - počeci računarstva

Povijest

● 1936 - netipizirani λ račun

● 1940 - tipizirani λ račun

Alonzo Church (1903 - 1995)Izvor: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Alonzo_Church.jpg

Povijest - λ-računformalni sustav za ispitivanje definicije i aplikacije funkcije te za definiranje izračunljive funkcije

λ-račun je ekvivalentan univerzalnom Turingovom stroju

funkcijski jezici kao razrada λ-računa Alonzo Church (1903 - 1995)

Povijest - λ-račun

λx.t ↔ f(x) = t

Alonzo Church (1903 - 1995)

Imperativno programiranje

Niz naredbi (eng. statement) koje mijenjaju stanje programa.

● mijenjanje vrijednosti varijabli● korištenje pridruživanja● kontrolne strukture - if-then-else, petlje,

break, continue, ...

Što je funkcijsko programiranje?

● u ograničenom smislu:programiranje bez promjenjivih varijabli, pridruživanja, petlji, ...

● u proširenom smislu:programiranje koristeći funkcije

Martin Odersky, Functional Programming Principles in Scala, Coursera.org

Što je funkcijski programski jezik?

● u ograničenom smislu:programski jezik koji ne podržava promjenu vrijednosti varijabli, pridruživanja ili imperativne kontrolne strukture

● u proširenom smislu:programski jezik koji olakšava rad s funkcijama

Martin Odersky, Functional Programming Principles in Scala, Coursera.org

Funkcijski programski jezici

● Haskell● Standard ML, Ocaml, F#● Lisp, Scheme, Racket, Clojure*● Scala*● Groovy*, Ruby, Smalltalk, JavaScript

(*) jezici rađeni za JVM

Usporedba:funkcijski ↔ imperativno

funkcijsko programiranje

opisuje računanje kao evaluaciju matematičkih funkcija

što treba napraviti

imperativno programiranje

opisuje računanje kao niz naredbi koje mijenjaju stanje programa

kako treba nešto napraviti

Primjeri

Talk is cheap. Show me the code.

Linus Torvalds

Izvor: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Linus_Torvalds.jpeg

Primjer 1

Funkcija za računanje faktorijela

n! = n * (n - 1) * (n - 2) * ... * 1

Primjer 1

Funkcija za računanje faktorijela

// n! = n * (n - 1) * ... * 1public long factorial(long n) { long res = 1; for (long i = n; i > 0; i--) { res = res * i; } return res;}

Java

Primjer 1 - rekurzija

Funkcija za računanje faktorijela

// n! = n * (n - 1) * ... * 1public long factorialR(long n) { if (n == 1) return 1; else return n * factorialR(n - 1);}

Java

Primjer 1 - rekurzija

Funkcija za računanje faktorijela

// n! = n * (n - 1) * ... * 1public long factorialR(long n) { if (n == 1) return 1; else return n * factorialR(n - 1);}

Java

● algoritam bliži matematičkom izrazu

● nema pridruživanja, promjenjivih vrijednosti

● java.lang.StackOverflowError

Primjer 1 - rekurzija

Funkcija za računanje faktorijela

// n! = n * (n - 1) * ... * 1def factorial(n: Long): Long = if (n == 1) 1 else n * factorial(n - 1)

Scala

još uvijekjava.lang.StackOverflowError!

Primjer 1 - rekurzija

Funkcija za računanje faktorijela

// n! = n * (n - 1) * ... * 1def factorial(n: Long): Long = { @scala.annotation.tailrec def iter(n: Long, acc: Long):Long= if (n == 1) acc else iter(n - 1, n * acc)

iter(n, 1)}

Scala

Tail Call Optimization

Rekurzija

Recursion is the root of computation since it trades description for time

Alan J. Perlis (1922 - 1990)

To iterate is human, to recurse divine

L Peter Deutsch (1946)

Izvori:http://amturing.acm.org/photo/perlis_0132439.cfmhttp://www.vintage.org/2003/main/bio.php?id=54&back=37

Primjer 2

Broj slova u popisu imena

public List<Integer> lengths(List<String> names) { List<Integer> res = new ArrayList<>(); for (String name : names) { res.add(name.length()); } return res;}

Java

Primjer 2

Broj slova u popisu imena

def lengths(names: List[String]): List[Int] = if (names.isEmpty) List() else names.head.length :: lengths(names.tail)

Scala

Primjer 2

Broj slova u popisu imena

def lengths(names) { names.collect { name -> name.size() }}

Groovy

Primjer 2 - funkcije

Broj slova u popisu imenaGroovy

def lengths = { name -> name.size()}

names.collect(lengths)

Groovy

● funkcija kao građanin prvog reda

● funkcije višeg reda

Primjer 2 - funkcije

Groovy

def upper = { name -> name.toUpperCase()}

names.collect(upper)

Groovy

● funkcija kao građanin prvog reda

● funkcije višeg reda

Funkcije višega reda

// map, collect, selectdef map[A, B](xs: List[A], f: A ⇒ B): List[B]

// filter, findAll, wheredef filter[A](xs: List[A], f: A ⇒ Boolean): List[A]

// foldLeft, reduce, injectdef foldLeft[A, B](xs: List[A], z: B, f: (B,A) ⇒ B): B

Scala

Funkcije višega reda

// map, collect, selectList(1, 2, 3) map { x ⇒ x * x } // ... List(1, 4, 9)

// filter, findAll, where1 to 10 filter (_ % 2 == 0) // ... Vector(2, 4, 6, 8, 10)

// foldLeft, reduce, injectList(1, 2, 3).foldLeft(0) { (acc, x) ⇒ acc + x } // ... 6

Scala

Primjeri

Closure

Groovy

def add(x) { { y -> x + y }}

def add5 = add(5) // { y -> x + y }

add5(10) // vraća 15

Groovy

Closure

Groovy

def add(x) { { y -> x + y }}

def add5 = add(5) // { y -> x + y }

add5(10) // vraća 15

Groovy

● x unutar leksičkog dosega● closure = funkcija + okolina

Kompozicija - f ∘ g(f ∘ g)(x) = f(g(x))

def longest = { strs -> strs.inject { max, s -> max.size() > s.size() ? max : s}}def capitals = { strs -> strs.findAll { it == it.capitalize() }}def strToList = { str -> str.tokenize() }

def longestCapital = longest << capitals << strToList

longestCapital 'Bratac Jaglenac i sestrica Rutvica'// vraća 'Jaglenac'

Groovy

Currying (Schönfinkeling)transformacija funkcije koja prima višestruke argumente u niz funkcija s jednim argumentom

// opsegTrokuta: (Int, Int, Int) ⇒ Intval opsegTrokuta=(a: Int, b: Int, c: Int) ⇒ a + b + c

// cOpseg: Int ⇒ (Int ⇒ (Int ⇒ Int))val cOpseg = opsegTrokuta.curried

val o1 = cOpseg(1) // o1: Int ⇒ (Int ⇒ Int)val o2 = o1(2) // o2: Int ⇒ Intval o3 = o2(3) // o3: Int, o3 == 6// opsegTrokuta(1, 2, 3)

Scala

Haskell Curry (1900 - 1982)Izvor: http://www.apprendre-math.info/history/photos/Curry.

jpeg

The Good, the Bad and ...

● bez nuspojava - lakše razumjeti i predvidjeti ponašanje programa

● bez mutirajućih varijabli - lakši paralelni rad

● deklarativni kôd - često kraći i razumljiviji

● funkcijski jezici su često manje efikasni

● "drugačija" programska paradigma

● rekurzija i StackOverflowError

PonovimoFunkcijsko programiranje:● bez promjenjivih varijabli● upotreba čistih funkcija

Značajke:● petlja → rekurzija● deklarativni stil● funkcije kao vrijednosti i funkcije višeg reda

Još malo citataThe way we can tell it's C# instead of Haskell is because it's nine lines instead of two.

Philip Wadler

A monad is a monoid in the category of endofunctors, what's the problem?

James Iry (kvazi-citirao Wadlera)

Remember, kids: if you program in a language with side effects, the terrorists win.

Tommah (Haskell Weekly News, 7.5.2007)

Pitanja

?Hvala na pažnji