Polymorfi (många skepnader) är egentligen en mängd olika abstraktionsmekanismer och en indelning skulle kunna se ut så här: polymorfi

Transkript

1 Polymorfi Polymorfi (många skepnader) är egentligen en mängd olika abstraktionsmekanismer och en indelning skulle kunna se ut så här: polymorfi universell ad hoc parametrisk inclusion coersion overloading DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

2 Parametrisk polymorfi Parametrisk polymorfi är svår att skilja från generik, men det finns en skillnad. Parametrisk polymorfi betyder att en funktion (procedurer) accepterar ett antal olika typer av parametrar, medan en generisk funktion/procedur/datastruktur vid instansiering ger en ny funktion/procedur/datastruktur som är specialanpassad till den aktuella typen. Parametrisk polymorfi har vi i fördefinierade funktioner i många språk, där den aktuella typen ger val av funktion som till slut hanterar problemet. Write/WriteLn i Pascal accepterar godtyckliga utskrivbara värden, vilka konverteras till text och skrivs på fil/skärm. En hel mängd med olika procedurer finns i bakgrunden för att konvertering skall ske på rätt se. Parametrisk polymorfi finns i ML, som accepterar godtyckliga typer som argument till funktioner om ingen bearbetning av värden sker. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

3 Parametrisk polymorfi... Exempel: fun id x = x; fun first (x,y) = x; fun first (x::y) = x; fun second (x,y) = y; fun second (x::y) = y; DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

4 Generik Generiska funktioner och procedurer och även typer finns i många språk, t.ex. Java och ADA. Enklast är ett exempel med en tänkt utbyggnad av Pascal. FUNCTION id <T>(i: T): T; VAR t1 : T; BEGIN id := i END; FUNCTION f<t>(i:t; PROCEDURE todo(var j:t)): T; BEGIN todo(i); f := i END; DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

5 Generik... FUNCTION intid := id <Integer>; FUNCTION RealF := f <Real>; DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

6 Monomorfi Parametrisk polymorfi innebär abstraktioner där information om parametertypen inte är uttömmande. Motsatsen till polymorfi är monomorfi. Monomorfi föreligger i statiskt typade språk som Pascal, C. Undantag är fördefinierade procedurer och funktioner som abs, eof, eoln (Pascal). Övriga statiskt typade språk har i huvudsak monomorfi, men många har mekaismer för parametrisk polymorfi. Tex har Simula viss, begränsad parametrisk polymorfi, ML kräver inte att en typ skall bestämmas om inte typberoende operationer ingår i algoritmen till en funktion, Scheme har parametrisk polymorfi (define (f x) (cond ((atom? x)...) ((number? x)...) (...))) DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

7 Overloading (överladdning) samma namn för många olika funktioner. Systemet avgör vilken funktion som skall anropas baserat på indatatypen. T. ex. fungerar +, och på alla typer av tal (i de flesta av språken) och mängder (Pascal). I vissa varianter av Standard ML finns overloading (NJSML) och det finns även i ADA, C++ och Java. Exempel: (Pascal) heltalsnegering (int int) flyttalsnegering (real real) heltalssubtraktion (int int int) flyttalssubtraktion (real real real) mängddifferens (set set set) DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

8 Omgivningsoberoende överladdning Inparametrarnas typ avgör vilken funktion som anropas vid varje enskilt anrop. Tillämpas i t.ex. Pascal och ML, exempel: Abs(i) (int int) Abs(r) (real real) Omgivningsberoende överladdning: I ADA gäller normalt för / att (int int int) eller (real real real) beroende på inparametertyperna men man kan i någon omgivning deklarera / t ex som (int int real) varvid denna lokala överladdning av funktionen anropas istället för (int int int)-varianten i den aktuella omgivningen. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

9 Parametriserade typer Parametriserade typer är typer som accepterar typer som argument och genererar en ny typ. Parametriserade typer är abstraktioner av abstraktioner, vars instanser är abstraktioner där en familj av typer ersatts av en typ. Det som ligger närmast till hands för exempel är Pascals filer: FILE OF Integer, File of Char, TEXT, o.s.v. eller de generiska listorna i ML: type intlist = int list; där intlist är en instans av den inbyggda generiska listtypen a list. I Java finns det inbyggt i språket att alla datatyper "ärver" typen Object. Allt är m a o subtyper (i någon mening) till denna typ. Fullt polymorfa lagringsstrukturer tillhandahålls för listor, träd, stackar, köer,... DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

10 Typinferens Monomorf typinferens: fun even n = n mod 2 = 0; fun plus m n = m + n; int bool even n? = plus mod 0 int m? n + n 2 int m n DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

11 Typinferens... fun incr m = m + 1; incr m + m 1 Polymorf typinferens = operationen OK trots att entydig info om inparametertyper inte finns, men det finns en entydig relation mellan in- och utdata. Exempel: fun id x = x; fun fst x y = x; id fst x x x y x DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

12 Typkonvertering måste ske (om möjligt) då en operation kräver en viss typ av argument men erhåller ett värde av en annan typ. Pascal har automatisk konvertering från integer till real i ett antal fall. Exempel: VAR r: Real; i: Integer; i := 12; r := i / 5; Här konverteras i s värde till 12.0 och 5 till 5.0 eftersom flyttalsdivision kräver att operanderna är flyttal. Resultatet läggs i variabeln som r refererar till. i := r / 5 blir fel eftersom 5 konverteras till 5.0 och r / 5.0 ger ett flyttal, men någon automatisk konvertering till heltal finns inte i Pascal. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

13 Typkonvertering... I Simula hade det gått bra eftersom resultatet trunkeras till ett heltal. I ML går ingendera varianten eftersom typkonvertering sker explicit: real int genom floor som trunkerar och int real genom funktionen real. I ADA finns en mängd funktioner med samma namn som typen för konvertering till en viss typ, men ingen implicit konvertering. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

14 Subtyper Subtyper finns i en mängd olika skepnader. Den enklaste är den som finns i Pascal. TYPE weekday = (mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun); workday = mon.. fri; weekendday = sat.. sun; natural = 0.. MaxInt; smallint = ; smallletter = a.. z ; Man kan i Pascal definiera subtyper till alla diskreta typer. Alla sådana blir då delintervall av den ursprungliga domänen. Alla operationer som finns i den ursprungliga typen finns även tillgängliga för subtypen. Man säger att subtypen ärvt alla operationer. I vissa språk kan man lägga till attribut (egenskaper) och modifiera operationsmängden (Simula, Smalltalk, C++, Borland Pascal, Eiffel, m fl). DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

15 Hopp och avbrott Hittills har vi studerat programkonstruktioner vars semantik inte är svårförståelig. "Utför a och b och c och...", "utför a eller b beroende på c", "utför a tills b", "utför a så länge b gäller", "utför a b ggr"... Det är enkelt att följa skeendet, sematiken är klar, men man kan inte skapa avbrott som hoppar över/eller ut ur en programmodul vid plötsliga felsituationer. Därför finns i de flesta programspråk kommandon för att avbryta ett program eller en del av ett program eller för att hoppa till en annan plats i programmet. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

16 Hopp och avbrott... Normalt programflöde beskrivs av begreppen sekvens, val och upprepning. Alla tre är väldefinierade. Alla tre förutsätter att programflödet fortsätter utan hinder. Ett hopp är ett direkt kommando till programmet att fortsätta exekvera någon annanstans. Vanligast: goto label där label är en identifierare, ett radnummer, eller en speciellt deklarerad etikett. I Scheme finns inte hopp av detta slag. I Pascal finns hopp, men det finns restriktioner avseende användningen. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

17 Hopp och avbrott... Ex: PROGRAM jumptest(input, Output); LABEL 999; <övriga deklarationer> BEGIN... goto 999; : END; Etiketter eller lägen av detta slag måste vara numeriska och måste deklareras. Man får inte hoppa in i ett block eller en slinga. Man får hoppa ut ur block och slingor. Man kan hoppa vart som helst så länge man inte bryter mot ovanstående. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

18 Hopp och avbrott... Följande är alltså förbjudet: PROGRAM a; LABEL 3; VAR q, r: Char; BEGIN q := a ; r := x ; GOTO 3; WHILE q < r DO BEGIN q := succ(q); 3: WriteLn( hej hopp ) END END. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

19 Hopp och avbrott... Men detta är tillåtet: PROGRAM a; LABEL 3, 4, 5; VAR q, r: Char; BEGIN q := a ; r := x ; GOTO 3; 4: IF q >= r THEN GOTO 5; q := Succ(q); 3: WriteLn(q, : hej hopp ); GOTO 4; 5: END. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

20 Hopp och avbrott... Med hopp framåt och bakåt i koden försvåras förståelsen av programmet och semantiken blir mycket komplicerad. Det är tungt för systemet att avveckla ett eller flera block p g a ett hopp, men det kan bli nödvändigt. Normalt undviker man hopp bakåt i koden eftersom det enkelt går att göra slingor som eliminerar behovet. De enda hopp framåt som man brukar tillåta är uthopp för att åtgärda fel eller avbryta programmet om ett fatalt fel uppstått. Exempel: PROGRAM feluthopp(input, Output); LABEL 998,999;... PROCEDURE fatalerror(msg: errormsg); BEGIN WriteLn(msg); GOTO 999; END; DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

21 Hopp och avbrott... PROCEDURE nonfatalerror(msg: errormsg); BEGIN WriteLn(msg); GOTO 998; END; BEGIN {Huvudprogram} WHILE status <> quit DO BEGIN... IF <villkor1> THEN fatalerror(... );... IF <villkor2> THEN nonfatalerror(... ); :... END {WHILE}; 999:... END. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

22 Hopp och avbrott... Ex: (fult och onödigt)... 1: IF <villkor> THEN GOTO 1 ELSE GOTO 2; 2:... Med sådana program blir livet inte lätt (men de finns!). Ex: FORTRAN: IF v 65, 1, DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

23 Hopp och avbrott... I Simula behöver man inte deklarera lägen men kan göra det. Och värre - de kan sändas som parametrar: PROCEDURE recx(exit, i); NAME exit; LABEL exit; INTEGER i; BEGIN exit: IF i > 10 THEN GOTO exit ELSE recx(exit, i+1); END; Vilket av alla lägen exit skall man hoppa till vid anropet recx(quit,10)? Skall man hoppa till något globalt läge som heter quit? Ibland ser man maskerade goto, som kallas escape, exit, continue, cycle,... Dessa är naturligtvis goto med speciell semantik. FOR i := 1 TO 25 DO BEGIN exit WHEN v1; continue WHEN v2; sats; END; DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

24 Hopp och avbrott... Efter en berömd artikel av Donald Knuth kallad: Goto considered harmful? började försök att hitta mer strukturerade sätt att hantera problemet med att extraordinära åtgärder ibland är ofrånkomliga. Knuth pekade bland annat på att struktureringsmekanismer och grafiska hjälpmedel uppmuntrade spagettiprogrammering. Flödesplaner, som används flitigt, ansågs vara ett bra sätt att erhålla spagettiprogram. Pseudokod är bättre, men bäst är att inte använda goto, utan se sig om efter effektivare verktyg. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

25 Hopp och avbrott... EXCEPTIONS Införande av hantering av exceptionella situationer har i vissa språk helt eliminerat behovet av goto. Ex: (ADA) PROCEDURE divide (x,y: Integer): Integer; DivideException: EXCEPTION; BEGIN IF y = 0 THEN RAISE DivideException ELSE divide := x DIV y; EXCEPTION WHEN DivideException => PUT_LINE ("försök att dividera med 0"); raise; -- låt systemet avsluta programmet END; {divide} DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

26 Hopp och avbrott... Man kan låta bli det sista raise-kommandot. Då anses felet hanterat på tillfredsställande sätt. Det sista raise-kommandot säger till systemet att sända vidare DivideException tills en till hanterare påträffas. I det här fallet finns ingen eftersom avbrottet deklarerats lokalt och programmet avslutas då. DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

27 Hopp och avbrott... I Java: try { try { this; this; that; that; } } catch (Exception e) { catch (IOException e) { cleanup; fixproblem(e) ; } } finally { always; } DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28

28 SLUT! DA2001 (Föreläsning 27) Datalogi 1 Hösten / 28