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Titel
Impressum
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
I Grundlagen
1. 1 Einführung
  1. 1.1 Konstitutive Prinzipien in A++
    1. Abstraktion
    2. Referenz
    3. Synthese
    4. Closure
    5. Lexical Scope
2. 2 Sprachdefinition
  1. 2.1 Syntax und Semantik von A++
    1. Anmerkungen zur Syntax:
  2. 2.2 Beispiele zur Syntax von A++
    1. Beispiele zur Abstraktion 1. Alternative in 2.2
    2. Beispiele zur Abstraktion 2. Alternative in 2.2
    3. Beispiele zur Referenz 2.3
    4. Beispiele zur Synthese 2.4
  3. 2.3 A++ Erweiterung
    1. Syntax von A++ mit vorgegebenen Primitiv-Abstraktionen
    2. Beispiele zu den Erweiterungen in A++
3. 3 Erste Entfaltung von A++
  1. 3.1 Programmierstil in A++
  2. 3.2 Grundlegende Logische Abstraktionen
    1. Abstraktionen ‘true’ und ‘false’
    2. Abstraktionen ‘lif’
  3. 3.3 Erweiterte Logische Abstraktionen
  4. 3.4 Numerische Abstraktionen
    1. Abstraktion für die Zahl ‘0’
    2. Abstraktion für die Zahl ‘1’
    3. Abstraktion für die Zahl ‘2’
    4. Abstraktion für das Prädikat ‘zerop’
    5. Abstraktion für die Zahl ‘3’
    6. Utility-Abstraktion ‘compose’
    7. Abstraktion für die Addition
    8. Abstraktion für die Inkrementierung
    9. Abstraktion für die Multiplikation
  5. 3.5 Abstraktionen für Listen
    1. Abstraktion für den Konstruktor
    2. Abstraktion für den Selektor ‘lcar’
    3. Abstraktion für den Selektor ‘lcdr’
    4. Anwendung der grundlegenden Operationen für Listen
    5. Abstraktion für das Ende einer Liste
    6. Abstraktion für das Prädikat ‘nullp’
    7. Abstraktion für die Längenabfrage
    8. Abstraktion zum Entfernen eines Objektes aus einer Liste
  6. 3.6 Erweiterte Arithmetische Abstraktionen
    1. Abstraktion für ‘zeropair’
    2. Abstraktion für die Dekrementierung
    3. Abstraktion für die Subtraktion
  7. 3.7 Relationale Abstraktionen
    1. Abstraktion für das Prädikat ‘gleich’
    2. Abstraktion für das Prädikat ‘größer als’
    3. Abstraktion für das Prädikat ‘kleiner als’
    4. Abstraktion für das Prädikat ‘größer gleich’
  8. 3.8 Funktionen Höherer Ordnung
    1. Abstraktion ‘compose’
    2. Abstraktion für die ‘curry’-Funktion
    3. Abstraktion für die Abbildung einer Liste
    4. Abstraktion für die ‘curry map’-Funktion
    5. Abstraktion für die Auswahl aus einer Liste
    6. Abstraktion für die Suche nach einem Objekt in einer Liste
  9. 3.9 Mengen-Operationen
    1. Abstraktion für das Prädikat ‘memberp’
    2. Abstraktion für das Hinzufügen eines Elementes
    3. Abstraktion für die Vereinigung von Mengen
4. 4 Erste Anwendung von A++
  1. 4.1 Utility-Abstraktionen
    1. Abstraktion für das sortierte Einfügen in eine Liste
    2. Abstraktion für die Sortierung
  2. 4.2 Rekursion
    1. Abstraktion für die Berechnung der Fakultät
    2. Abstraktion für die Summation
    3. Abstraktion für den Zugriff auf ein Element einer Liste
    4. Abstraktion für die Iteration über die Elemente einer Liste
  3. 4.3 Imperative Programmierung in A++
    1. Die Abstraktion ’while’ in A++
5. 5 Objekt-Orientierte Anwendung von A++
  1. 5.1 Einleitung
    1. Bildung von Klassen
    2. Instanzen von Klassen
    3. Beispiele für Objekt-orientierung in A++
  2. 5.2 Erstes Beispiel zur Objektorientierung in A++ .
    1. Konstruktor für Objekte der Klasse “account”
    2. Erzeugung des Objektes “acc1” durch Aufruf von “make-account”
    3. Senden der Botschaft “deposit” an das Objekt “acc1”
    4. Ausführen der Funktion “deposit”
    5. Detaillierter Code in A++
    6. Anmerkungen zu dem ersten Beispiel zur Objektorientierung
    7. Anmerkungen zum Aufruf der Funktion ‘konto’
  3. 5.3 Zweites Beispiel zur Objektorientierung in A++ .
    1. Anmerkung zu den einzelnen Klassen
    2. Beziehungen zwischen den Klassen
    3. Zusammenfassung
  4. 5.4 Drittes Beispiel zur Objektorientierung in A++ .
    1. Anmerkung zu den einzelnen Klassen
6. 6 Abstraktion, Referenz und Synthese im Detail
  1. 6.1 Addition der zwei Zahlen ‘two’ und ‘three’
    1. Synthese von ‘add’ und ‘two three’ (1)
    2. Abstraktion von ‘add’ (1)
    3. Auflösung der Referenz von ‘add’ in [1]
    4. Synthese von (lambda(m n) . ) und ‘two three’ in [3]
    5. Abstraktion von ‘compose’
    6. Auflösung der Referenz von ‘compose’ in [4]
    7. Synthese von (lambda(f g) .) und ‘(two f) (three f)’ in [6]
    8. Abstraktion von three:
    9. Auflösung der Referenz von ‘three’ in [7]
    10. Synthese von (lambda(f) .) und ‘f’ in [9]
    11. Synthese von (lambda(x) .) und ‘x’ in [10]
    12. Abstraktion von two:
    13. Auflösung der Referenz von ‘two’ in [11]
    14. Synthese von (lambda(f) .) und ‘f’ in [13]
    15. Synthese vom inneren (lambda(x) .) und ‘(f (f (f x)))’ in [14]
  2. 6.2 Multiplikation der zwei Zahlen ‘two’ und ‘three’
    1. Synthese von mult und ‘two three’
    2. Abstraktion von mult:
    3. Auflösung der Referenz von ‘mult’ in [17]
    4. Synthese von (lambda(m n) . ) und ‘two three’ in [19]
    5. Abstraktion von compose:
    6. Auflösung der Referenz von ‘compose’ in [20]
    7. Synthese von (lambda(f g) .) und ‘two three’ in [22]
    8. Abstraktion von two:
    9. Abstraktion von three:
    10. Auflösung der Referenz von ‘two’ und ‘three’ in [23]
    11. Synthese vom inneren (lambda(f) .) und ‘x’ in [26]
    12. Synthese von (lambda(f) .) und ‘(lambda(x0) .)’ in [28]
    13. Synthese vom inneren (lambda(x0) .) und ‘x1’
    14. Synthese von (lambda(x0) .) und ‘(x(x(x x1)))’
    15. Umbenennung der Variablen: x –> f und x1 –> x.
7. 7 Infrastruktur für A++
  1. 7.1 Support-Funktionen
    1. Abstraktion für die Ausgabe einer Zahl
    2. Abstraktion für die Ausgabe eines boole’schen Wertes
    3. Abstraktion für die Ausgabe von Listen
  2. 7.2 A++ Interpreter
    1. Linux
    2. MS-Windows
    3. Programmbeendigung
  3. 7.3 Initialisierungsdatei für den ARS-Interperter
  4. 7.4 WWW-Adressen
8. 8 Erweiterung von A++
  1. 8.1 ARS++
  2. 8.2 ARSAPI
II ARS und C++
1. 9 Einleitung
  1. 9.1 ’Garbage Collection’ in C++
  2. 9.2 Kurzeinführung in C++
    1. Modularisierung
    2. Variable, Zeiger und Referenzen
    3. Definition von Klassen in C++
    4. Erzeugung von Objekten
    5. Kommunikation mit Objekten
    6. Überladen von Operatoren
    7. Zeiger auf das implizite Objekt
    8. Operator zur Festlegung des Namensraumes
  3. 9.3 Einführung zum ARS-Interpreter in C++
  4. 9.4 Klassen-Hierarchie
  5. 9.5 Klasse LObject
  6. 9.6 Klasse Object
  7. 9.7 Klasse Integer
  8. 9.8 Klasse Symbol
  9. 9.9 Klasse String
  10. 9.10 Klasse List
  11. 9.11 Globale Funktionen
  12. 9.12 Klasse Null
  13. 9.13 Klasse Assoc
  14. 9.14 Klasse ARSParser
  15. 9.15 Klasse ARSClosure
  16. 9.16 Klasse ARSEval
  17. 9.17 Klasse LCar
  18. 9.18 Klasse LCadr
  19. 9.19 Klasse LIncr
  20. 9.20 Klasse LLoad
  21. 9.21 Klasse LPrint
  22. 9.22 ARS-Fehlerbehandlung
  23. 9.23 Hauptprogramm
  24. 9.24 Prozedur für die Erzeugung des ausführbaren Programmes
2. 10 Direkte Umsetzung von ARS in C++
  1. 10.1 Schlüssel für die Umsetzung von ARS in C++
  2. 10.2 Datentypen für die Umsetzung von ARS in C++
  3. 10.3 Klasse ‘Env’ im Detail
  4. 10.4 Klasse ‘Clam’ im Detail
  5. 10.5 Anwendung der ARS-Klassen in C++
    1. Abstraktion
    2. Referenz
    3. Synthese
    4. Einfaches Beispiel
  6. 10.6 Testprogramm
    1. Hauptprogramm
    2. Test des funktionalen Programmierstils
    3. Test des objekt-orientierten Programmierstils
    4. Externe Hilfsmittel
  7. 10.7 Listen des Quell-Codes
III ARS und C
1. 11 Einleitung
  1. 11.1 Sprachliche Hilfsmittel in C
    1. typedef
    2. enum
    3. struct
    4. union
    5. setjmp/longjmp
  2. 11.2 Datenstrukturen im ARS-Interpreter
    1. NAME
    2. PRIM
    3. VTYPE
    4. EXPTYPE
    5. ABS
    6. SYN
    7. EXP
    8. ELIST
    9. NLIST
    10. VLIST
    11. ENV
    12. LFUN
    13. CLAM
    14. ACL
    15. THUNK
    16. VALUE
  3. 11.3 Beschreibung der Funktionen
    1. Konstruktoren
    2. Der Umgang mit Variablennamen
    3. Variable und Umgebungen
    4. Auswertung von Ausdrücken
    5. Schnittstellen für die Eingabe
    6. Einlesen von ARS-Code durch den ARS-Parser
2. 12 Direkte Umsetzung von ARS in C
  1. Datentypen
  2. Anwendung
  3. Beispiel
  4. 12.1 Steuerungs- und Testprogramm
    1. Hauptprogramm
    2. Test des objekt-orientierten Programmierstils
    3. Test des funktionalen Programmierstils
  5. 12.2 Externe Hilfsmittel
  6. 12.3 Quellcode des ARS-Interpreters
    1. Modul ARSC: Datentypen und Prototypen
    2. Modul ARSC: Implementierung
    3. Modul ARSParser
    4. Testmodul: Funktionsprototypen
    5. Hauptsteuerung und Testmodul
    6. Prozedur zur Erstellung des Programms
  7. 12.4 Performance-Vergleich der ARS-Interpreter
Anhänge
1. A Das Lambda-Kalkül
  1. A.1 Syntax eines Lambda-Ausdrucks
  2. A.2 Begriffe und Regeln des Lambda-Kalküls .
    1. Assoziativitätsregeln
    2. Gebundene und freie Variable.
    3. Alpha-Konvertierung
    4. Beta-Reduktion
    5. Eta-Reduktion
    6. Y-Kombinator
  3. A.3 Beispiele für Beta-Reduktion
    1. Lambda-Kalkül-Programmierung in Scheme-Codierung
    2. Auszuwertende Lambda-Ausdrücke in Scheme-Codierung
    3. Basis-Abstraktionen in Scheme-Codierung
    4. Anwendung mit Beta-Reduktion
2. B Gültigkeitsbereich von Namen
  1. B.1 Interpretation von Namen
    1. Dynamic Scope
    2. Static Scope
    3. Global Scope
    4. Local Scope
  2. B.2 Auswirkung der Art der Symbolinterpretation auf die Programmierung
    1. Auswirkung von ”Dynamic Scope“ auf die Programmierung
    2. Auswirkung von ”Static Scope“ auf die Programmierung
    3. Verdeutlichung der Unterschiede von ”dynamic scope“ und ”lexical scope“ anhand von Beispielen
3. Schlusswort
4. Biographische Daten zur Person des Autors
5. Verzeichnis der Fundamentalbegriffe
6. Abbildungsverzeichnis
7. Listings
8. Literaturverzeichnis
9. Index
10. Danksagung

A++ und systemnahe Programmiersprachen

Georg P. Loczewski

A++ und systemnahe Programmiersprachen

Funktional programmieren in C/C++

Mit einer Einführung in das Lambda-Kalkül

IMPRESSUM

1. Auflage 2018 –Hamburg

Verlag & Druck: tredition GmbH

2. Auflage 2018 –Hamburg

Verlag & Druck: tredition GmbH

ISBN

978-3-7469-3599-7 (Paperback)

978-3-7469-3600-0 (Hardcover)

978-3-7469-3601-7 (e-Book)

Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollst ändig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autoren können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung, noch irgendeine Haftung übernehmen. Für Verbesserungsvorschläge und etwaige Hinweise auf Fehler sind Verlag und Autor dankbar. Die gewerbliche Nutzung der in diesem Produkt gezeigten Modelle und Arbeiten ist nicht zulässig.

Das Werk einschließlich all seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Verfielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeisung, Verarbeitung und Verbreitung in elektronischen Systemen.

Meiner Frau Ursula
und meinen Söhnen Thomas und Johannes
in Liebe gewidmet

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

I Grundlagen

1 Einführung

1.1 Konstitutive Prinzipien in A++

Abstraktion

Referenz

Synthese

Closure

Lexical Scope

2 Sprachdefinition

2.1 Syntax und Semantik von A++

Anmerkungen zur Syntax:

2.2 Beispiele zur Syntax von A++

Beispiele zur Abstraktion 1. Alternative in 2.2

Beispiele zur Abstraktion 2. Alternative in 2.2

Beispiele zur Referenz 2.3

Beispiele zur Synthese 2.4

2.3 A++ Erweiterung

Syntax von A++ mit vorgegebenen Primitiv-Abstraktionen

Beispiele zu den Erweiterungen in A++

3 Erste Entfaltung von A++

3.1 Programmierstil in A++

3.2 Grundlegende Logische Abstraktionen

Abstraktionen ‘true’ und ‘false’

Abstraktionen ‘lif’

3.3 Erweiterte Logische Abstraktionen

3.4 Numerische Abstraktionen

Abstraktion für die Zahl ‘0’

Abstraktion für die Zahl ‘1’

Abstraktion für die Zahl ‘2’

Abstraktion für das Prädikat ‘zerop’

Abstraktion für die Zahl ‘3’

Utility-Abstraktion ‘compose’

Abstraktion für die Addition

Abstraktion für die Inkrementierung

Abstraktion für die Multiplikation

3.5 Abstraktionen für Listen

Abstraktion für den Konstruktor

Abstraktion für den Selektor ‘lcar’

Abstraktion für den Selektor ‘lcdr’

Anwendung der grundlegenden Operationen für Listen

Abstraktion für das Ende einer Liste

Abstraktion für das Prädikat ‘nullp’

Abstraktion für die Längenabfrage

Abstraktion zum Entfernen eines Objektes aus einer Liste

3.6 Erweiterte Arithmetische Abstraktionen

Abstraktion für ‘zeropair’

Abstraktion für die Dekrementierung

Abstraktion für die Subtraktion

3.7 Relationale Abstraktionen

Abstraktion für das Prädikat ‘gleich’

Abstraktion für das Prädikat ‘größer als’

Abstraktion für das Prädikat ‘kleiner als’

Abstraktion für das Prädikat ‘größer gleich’

3.8 Funktionen Höherer Ordnung

Abstraktion ‘compose’

Abstraktion für die ‘curry’-Funktion

Abstraktion für die Abbildung einer Liste

Abstraktion für die ‘curry map’-Funktion

Abstraktion für die Auswahl aus einer Liste

Abstraktion für die Suche nach einem Objekt in einer Liste

3.9 Mengen-Operationen

Abstraktion für das Prädikat ‘memberp’

Abstraktion für das Hinzufügen eines Elementes

Abstraktion für die Vereinigung von Mengen

4 Erste Anwendung von A++

4.1 Utility-Abstraktionen

Abstraktion für das sortierte Einfügen in eine Liste

Abstraktion für die Sortierung

4.2 Rekursion

Abstraktion für die Berechnung der Fakultät

Abstraktion für die Summation

Abstraktion für den Zugriff auf ein Element einer Liste

Abstraktion für die Iteration über die Elemente einer Liste

4.3 Imperative Programmierung in A++

Die Abstraktion ’while’ in A++

5 Objekt-Orientierte Anwendung von A++

5.1 Einleitung

Bildung von Klassen

Instanzen von Klassen

Beispiele für Objekt-orientierung in A++

5.2 Erstes Beispiel zur Objektorientierung in A++ .

Konstruktor für Objekte der Klasse “account”

Erzeugung des Objektes “acc1” durch Aufruf von “make-account”

Senden der Botschaft “deposit” an das Objekt “acc1”

Ausführen der Funktion “deposit”

Detaillierter Code in A++

Anmerkungen zu dem ersten Beispiel zur Objektorientierung

Anmerkungen zum Aufruf der Funktion ‘konto’

5.3 Zweites Beispiel zur Objektorientierung in A++ .

Anmerkung zu den einzelnen Klassen

Beziehungen zwischen den Klassen

Zusammenfassung

5.4 Drittes Beispiel zur Objektorientierung in A++ .

Anmerkung zu den einzelnen Klassen

6 Abstraktion, Referenz und Synthese im Detail

6.1 Addition der zwei Zahlen ‘two’ und ‘three’

Synthese von ‘add’ und ‘two three’ (1)

Abstraktion von ‘add’ (1)

Auflösung der Referenz von ‘add’ in [1]

Synthese von (lambda(m n) . ) und ‘two three’ in [3]

Abstraktion von ‘compose’

Auflösung der Referenz von ‘compose’ in [4]

Synthese von (lambda(f g) .) und ‘(two f) (three f)’ in [6]

Abstraktion von three:

Auflösung der Referenz von ‘three’ in [7]

Synthese von (lambda(f) .) und ‘f’ in [9]

Synthese von (lambda(x) .) und ‘x’ in [10]

Abstraktion von two:

Auflösung der Referenz von ‘two’ in [11]

Synthese von (lambda(f) .) und ‘f’ in [13]

Synthese vom inneren (lambda(x) .) und ‘(f (f (f x)))’ in [14]

6.2 Multiplikation der zwei Zahlen ‘two’ und ‘three’

Synthese von mult und ‘two three’

Abstraktion von mult:

Auflösung der Referenz von ‘mult’ in [17]

Synthese von (lambda(m n) . ) und ‘two three’ in [19]

Abstraktion von compose:

Auflösung der Referenz von ‘compose’ in [20]

Synthese von (lambda(f g) .) und ‘two three’ in [22]

Abstraktion von two:

Abstraktion von three:

Auflösung der Referenz von ‘two’ und ‘three’ in [23]

Synthese vom inneren (lambda(f) .) und ‘x’ in [26]

Synthese von (lambda(f) .) und ‘(lambda(x0) .)’ in [28]

Synthese vom inneren (lambda(x0) .) und ‘x1’

Synthese von (lambda(x0) .) und ‘(x(x(x x1)))’

Umbenennung der Variablen: x –> f und x1 –> x.

7 Infrastruktur für A++

7.1 Support-Funktionen

Abstraktion für die Ausgabe einer Zahl

Abstraktion für die Ausgabe eines boole’schen Wertes

Abstraktion für die Ausgabe von Listen

7.2 A++ Interpreter

Linux

MS-Windows

Programmbeendigung

7.3 Initialisierungsdatei für den ARS-Interperter

7.4 WWW-Adressen

8 Erweiterung von A++

8.1 ARS++

8.2 ARSAPI

II ARS und C++

9 Einleitung

9.1 ’Garbage Collection’ in C++

9.2 Kurzeinführung in C++

Modularisierung

Variable, Zeiger und Referenzen

Definition von Klassen in C++

Erzeugung von Objekten

Kommunikation mit Objekten

Überladen von Operatoren

Zeiger auf das implizite Objekt

Operator zur Festlegung des Namensraumes

9.3 Einführung zum ARS-Interpreter in C++

9.4 Klassen-Hierarchie

9.5 Klasse LObject

9.6 Klasse Object

9.7 Klasse Integer

9.8 Klasse Symbol

9.9 Klasse String

9.10 Klasse List

9.11 Globale Funktionen

9.12 Klasse Null

9.13 Klasse Assoc

9.14 Klasse ARSParser

9.15 Klasse ARSClosure

9.16 Klasse ARSEval

9.17 Klasse LCar

9.18 Klasse LCadr

9.19 Klasse LIncr

9.20 Klasse LLoad

9.21 Klasse LPrint

9.22 ARS-Fehlerbehandlung

9.23 Hauptprogramm

9.24 Prozedur für die Erzeugung des ausführbaren Programmes

10 Direkte Umsetzung von ARS in C++

10.1 Schlüssel für die Umsetzung von ARS in C++

10.2 Datentypen für die Umsetzung von ARS in C++

10.3 Klasse ‘Env’ im Detail

10.4 Klasse ‘Clam’ im Detail

10.5 Anwendung der ARS-Klassen in C++

Abstraktion

Referenz

Synthese

Einfaches Beispiel

10.6 Testprogramm

Hauptprogramm

Test des funktionalen Programmierstils

Test des objekt-orientierten Programmierstils

Externe Hilfsmittel

10.7 Listen des Quell-Codes

III ARS und C

11 Einleitung

11.1 Sprachliche Hilfsmittel in C

typedef

enum

struct

union

setjmp/longjmp

11.2 Datenstrukturen im ARS-Interpreter

NAME

PRIM

VTYPE

EXPTYPE

ABS

SYN

EXP

ELIST

NLIST

VLIST

ENV

LFUN

CLAM

ACL

THUNK

VALUE

11.3 Beschreibung der Funktionen

Konstruktoren

Der Umgang mit Variablennamen

Variable und Umgebungen

Auswertung von Ausdrücken

Schnittstellen für die Eingabe

Einlesen von ARS-Code durch den ARS-Parser

12 Direkte Umsetzung von ARS in C

Datentypen

Anwendung

Beispiel

12.1 Steuerungs- und Testprogramm

Hauptprogramm

Test des objekt-orientierten Programmierstils

Test des funktionalen Programmierstils

12.2 Externe Hilfsmittel

12.3 Quellcode des ARS-Interpreters

Modul ARSC: Datentypen und Prototypen

Modul ARSC: Implementierung

Modul ARSParser

Testmodul: Funktionsprototypen

Hauptsteuerung und Testmodul

Prozedur zur Erstellung des Programms

12.4 Performance-Vergleich der ARS-Interpreter

Anhänge

A Das Lambda-Kalkül

A.1 Syntax eines Lambda-Ausdrucks

A.2 Begriffe und Regeln des Lambda-Kalküls .

Assoziativitätsregeln

Gebundene und freie Variable.

Alpha-Konvertierung

Beta-Reduktion

Eta-Reduktion

Y-Kombinator

A.3 Beispiele für Beta-Reduktion

Lambda-Kalkül-Programmierung in Scheme-Codierung

Auszuwertende Lambda-Ausdrücke in Scheme-Codierung

Basis-Abstraktionen in Scheme-Codierung

Anwendung mit Beta-Reduktion

B Gültigkeitsbereich von Namen

B.1 Interpretation von Namen

Dynamic Scope

Static Scope

Global Scope

Local Scope

B.2 Auswirkung der Art der Symbolinterpretation auf die Programmierung

Auswirkung von ”Dynamic Scope“ auf die Programmierung

Auswirkung von ”Static Scope“ auf die Programmierung

Verdeutlichung der Unterschiede von ”dynamic scope“ und ”lexical scope“ anhand von Beispielen

Schlusswort

Biographische Daten zur Person des Autors

Verzeichnis der Fundamentalbegriffe

Abbildungsverzeichnis

Listings

Literaturverzeichnis

Index

Vorwort

Einleitung

Dieses Buch ist basiert auf dem 1032-sepitigen Buch ‘Programmierung pur’, das in der 2. erweiterten Auflage von demselben Autor im Verlag S.Toeche-Mittler in Darmstadt im Jahre 2003 veröffentlicht wurde. Die 1. Auflage erschien im Jahre 2002. (Siehe [8].), [7]).

Die Eigenschaften von A++ werden in verschiedenen Büchern in dieser Reihe vorgestellt, jedesmal mit einem anderen Schwerpunkt. Das vorliegende Buch wird unter Punkt 3 in der folgenden Liste beschrieben.

1. In A++ Die kleinste Programmiersprache der Welt[10] geht es darum, die theoretischen Grundlage dieser Sprache zu präsentieren und die Mächtigkeit von A++ aufzuzeigen.

2. In dem 2. Buch Programmieren lernen mit A++[13] ist auch eine Einführung in A++ enthalten, der Fokus des Buches liegt aber darauf zu zeigen, wie in den anwendungsorientierten Programmiersprachen Python und Java A++-orientiert programmiert werden kann.

In der englischsprachigen Ausgabe A++ The Smallest Programming Language in the World wird außerdem die Programmiersprache Perl und die A++-orientierte Programmierung in dieser Sprache erläutert. Siehe: [11]!

3. In dem 3. Buch A++ und systemnahe Programmiersprachen[12] liegt der Schwerpunkt darauf, aufzuzeigen, wie auch in den Programmiersprachen C und C++ A++orientiert programmiert werden kann.

4. In dem 4. Buch Von A++ nach ARS++[14] wird schließlich eine Erweiterung von A++ vorgestellt, die einer neuen Programmiersprache entspricht (mit Compiler und virtueller Maschine) in der die Funktionalität von Python, Java, C++ und C enthalten ist. Dies ist mglich, da in ARS++ eine Schnittstelle zu den anderen Sprachen namens ARSAPI eingebaut ist.

Die Werkzeuge und Hilfsmittel zu diesem Buch werden in einem Download-Verzeichnis im Internet bereitgestellt. Siehe: 7.4 auf Seite 85.

Theoretische Grundlagen von A++

Zweck des Buches

In diesem kleinen Büchlein, geht es primär darum an der Programmierung interessierten Leserinnen und Lesern ein Instrument vorzustellen, mit dem sie sehr schnell und sehr effizient Programmieren lernen können, ohne sich schon für eine der populären, voll-ausgebauten Programmiersprachen entscheiden zu müssen und ohne einen großen Kostenaufwand zu haben.

Dass es möglich ist, mit den Denkmustern von A++ in anderen Programmiersprachen produktiv sein zu können wird in diesem Buch gezeigt, indem nach einer Einführung in die Programmiersprachen C++ und C die A++-orientierte Programmierung in diesen zwei Sprachen vorgestellt wird.

Diese zwei ausgewählten Programmiersprachen gehören zu der Gruppe der systemnahen Programmiersprachen, die meistens benutzt werden fr die Programmierung von Betriebssystemen (z.B. Linux) und Systemhilfsprogramme.

Im Unterschied dazu gibt es die Programmiersprachen für die anwendungsorientierte Programmierun, wie z.B. Python, Perl und Java. Diesen Programmiersprachen im Zusammenhang mit A++ widmet sich das Buch Programmieren lernen mit A++. (Siehe:[13]).

Thematik des Buches

Das Wesentliche der Programmierung

A++ ist die kleinste Programmiersprache der Welt, deren Sinn es ist einzig das Wesentliche der Programmierung darzustellen, und zwar in einer Form dass damit gearbeitet werden kann, dass man es einüben kann. So soll A++ hilfreich sein beim Erlernen des Programmierens ganz allgemein, aber auch beim Erlernen von konkreten Programmiersprachen.

Elementarteilchen der Programmierung

In A++ werden die Elementarteilchen der Programmierung in reinster Form sichtbar gemacht. Man kann diese gründlich studieren, den richtigen Umgang mit ihnen einüben und sich so die wichtigsten Rüstzeuge der Programmierung aneignen.

Vereinfachung der Programmierung

In dem Bemühen, Programmierung auf das Wesentliche zu reduzieren, geht es darum, Lernende zu bewahren, sich von einer Unzahl von Vorschriften und Regeln einer bestimmten Programmiersprache die Programmierung an sich vergraulen zu lassen.

Energien, die in den meisten Sprachen für die Beherrschung und das Einhalten der Syntax aufgebracht werden müssen, kommen in A++ der wichtigeren Aufgabe der logischen Bewältigung des zu lösenden Problems zugute.

Einfache, umfassende und m ächtige Denkmuster

Es wird hier dank des Lambda-Kalküls eine Sicht der Programmierung gewonnen, die eine befreiende Wirkung hat. Das Denken wird aus den Niederungen des komplexen Regelwerks einer bestimmten Programmiersprache herausgeholt und heraufgehoben auf die Höhen eines einfacheren, umfassenderen und deshalb mächtigeren Denkens. Das Lambda-Kalkül bietet die theoretische Grundlage für eine solche Sicht.

Verallgemeinerung des Lambda-Kalküls

Der Name A++ ist eine Abkürzung von Abstraktion plus Referenz plus Synthese. Hiermit werden die drei Prinzipien von A++ benannt, die gleichzeitig ihr einziger Inhalt sind. Diese Prinzipien stellen eine Verallgemeinerung der Grundoperationen des Lambda-Kalküls von Alonzo Church dar. Das Lambda-Kalkül ist ein mathematisch-logisches System, das 1941 von dem Logiger Alonzo Church in seinem Buch: ‘The Calculi of Lambda Conversion’ der Welt vorgestellt wurde. Siehe hierzu unsere kurze Zusammenfassung im Anhang A auf Seite 247.

Während das Lambda-Kalkül der Funktionalen Programmierung ihre theoretische Grundlage liefert, ist A++ in der Lage eine theoretische Grundlage für die drei bekanntesten Paradigmen der Programmierung zu liefern, d.h. für die funktionale, die objekt-orientierte und die imperative Programmierung.

Verallgemeinerung der Grundoperationen des Lambda-Kalküls:

• Abstraktion: Etwas einen Namen geben

• Referenz: Auf etwas mit seinem Namen Bezug nehmen

• Synthese: Aus zwei oder mehr Dingen etwas Neues erzeugen

Die Primitiv-Operationen von A++ gehen inhaltsmäßig über die Grundoperationen des Lambda-Kalküls hinaus, indem ihnen in der Anwendung in einem Programm jedwede Einschränkung genommen wird.

Die Verallgemeinerung besteht darin, dass der Begriff der Abstraktion allgemeiner als im Lambda-Kalkül definiert wird, nämlich als ’etwas einen Namen geben’. Hinter dem Namen verbergen sich alle Details des Definierten. Eine solche Namensvergabe setzt eine explizite Namensdefinition voraus.

Im Lambda-Kalkül dagegen ist eine explizite Vergabe eines Namens für eine Lambda-Abstraktion bei deren Bildung nicht vorgesehen. Dort erfolgt sie lediglich implizit bei einer Synthese von Lambda-Ausdrücken.

Die Auswirkungen dieses zunächst als klein erscheinenden Unterschiedes sind gewaltig: Während ein Ausbau des Lambda-Kalküls immer in die Funktionalen Programmiersprachen mündet, können in A++ allgmeine Muster der Programmierung definiert werden, die sowohl auf die Funktionale Programmierung als auch auf die Objekt-orientierte und die Imperative Programmierung angewandt werden können.

Wer sich in seinem Programmieren von den Prinzipien in A++ leiten lässt, wird Programme erstellen, die nicht nur funktionieren, sondern die auch schön sind, Programme, bei denen Leser und Leserinnen mit Bewunderung die Abstraktionen und Synthesen nachempfinden und genießen können.

Erlernen von neuen Programmiersprachen

In ‘Programmierung pur’ wird erstmalig der Versuch unternommen, den Weg zum Erlernen der Programmiersprachen Scheme, Java, Python, C und C++ anhand der mittles A++ erarbeiteten Denkmuster aufzuzeigen. ‘Programmierung pur’ behandelt diese Thematik nicht nur theoretisch, sondern präsentiert umfangreiche Fallstudien, um den Bezug zur Programmierpraxis zu gewährleisten.

Adressatenkreis

Dieses Buch wendet sich ebenso wie ‘Programmierung pur’ an Programmierer und solche, die es werden wollen. Es möchte ihnen mit der speziellen Denkweise die Programmierung erleichtern, besonders auch das Erlernen neuer Sprachen. Mit der nahegelegten Sicht der Programmierung wird eine Sprachenunabhängigkeit gewonnen, ja man ist sogar offen für verschiedene Paradigmen der Programmierung. Mit der Erfahrung der gewonnenen Flexibilität ausgerüstet wird ein Programmierer oder eine Programmiererin mit mehr Freude und größerer Effizienz die Probleme der Programmierung meistern.

Das Buch wendet sich auch an Anfänger der Programmierung. Jedoch sollte ein großes Interesse für die Programmierung aufgrund einer persönlichen Eignung und Neigung vorhanden sein.

Zusammenfassend kann Zielgruppe des Buches wie folgt beschrieben werden:

Das Buch ist gedacht für Menschen, die einen Ausbildungsbedarf in den Grundlagen der Programmierung besitzen.

• Dies sind Studenten aller Fachrichtungen der Informatik sowie Studenten der Mathematik und Physik.

• Dies sind Lehrer und Schüler an Gymnasien, die in der Oberstufe Informatikunterrich gestalten oder an ihm teilnehmen.

• Dies sind ferner alle Angestellten in der Industrie, die sich, aus welchen Gründen auch immer, mit der Programmierung auseinandersetzen müssen.

• Programmierer, die bereits programmieren können, sich aber nicht scheuen, etwas Neues kennen zu lernen, kommen als potentielle Nutznießer dieses Büchleins gewiss ebenfalls in Betracht.

Danksagung

Danken möchte ich vor allem den Vielen, die in uneigennütziger Weise durch die Bereitstellung ihrer Software zur kostenlosen Nutzung zum Zustandekommen dieses Buches beigetragen haben.

Zu dieser frei verfügbaren Software gehört natürlich TEX, LATEX, teTeX, Linux, XFree86, vim, psutils, ghostview und die vielen Scheme-Implementierungen, ganz besonders GambitC und libscheme.

Dann gilt mein Dank natürlich ganz besonders Alonzo Church, dem wir das Lambda-Kalkül verdanken und Guy L. Steele mit Gerald J. Sussman, die dieses Lambda-Kalkül als Ausgangsbasis für die Entwicklung ihrer Programmiersprache Scheme genommen haben.

Der Dank erstreckt sich auch auf die im Literaturverzeichnis aufgeführten Autoren, die uns das Lambda-Kalkül näher gebracht haben.

Georg P. Loczewski

Groß-Zimmern, im Dezember 2002 bzw. im Mai 2018

Teil I

Grundlagen

Kapitel 1

Einführung

1.1 Konstitutive Prinzipien in A++

A++ steht für Abstraktion plus Referenz plus Synthese. Diese drei Begriffe entsprechen den sprachlichen Strukturelementen und den Grundoperationen in A++ und werden deshalb im nächsten Kapitel im Zusammenhang mit der Syntax der Sprache noch ausführlich behandelt.

Zu den konstitutiven Prinzipien, d.h. den Prinzipien, die A++ wesentlich zu dem machen, was es ist, gehören außerdem noch die Begriffe ‘Closure’ und ‘Lexical Scope’. Wir werden sie der Reihe nach definieren und beschreiben.

Abstraktion

FUNDAMENTALBEGRIFF 1 (ABSTRAKTION)

Abstrahieren bedeutet: Etwas einen Namen geben. Es besteht darin, etwas Komplexes zu behandeln, als wäre es etwas Einfacheres, indem Details ignoriert werden.

Eine solche Abstraktion wird auch als Lambda-Abstraktion bezeichnet, wenn mit ihr die Definition einer Funktion verbunden ist, die zwangsläufig zur Erzeugung einer ‘Closure’ mündet. Bezüglich des letzteren Punktes siehe weiter unten die Definition des vierten konstitutiven Prinzips.

Referenz

FUNDAMENTALBEGRIFF 2 (REFERENZ)

Auf etwas, das einen Namen erhalten hat, kann jederzeit mit diesem Namen Bezug genommen werden. Diese Bezugnahme nennen wir Referenz.

Im Zusammenhang mit der Referenz ist von großer Bedeutung auf welche Namen Bezug genommen werden kann. Dies führt zum letzten konstitutiven Prinzip von A++, dem Begriff des ‘Lexical Scope’.

Synthese

FUNDAMENTALBEGRIFF 3 (SYNTHESE)

Eine Synthese zu bilden bedeutet: Zwei oder mehrere Dinge (die selbst Ergebnis einer Abstraktion sind!) miteinander zu verknüpfen um etwas Neues (Komplexes) zu schaffen.

Der Begriff der Synthese entspricht weitgehend dem des Aufrufs einer Funktion oder der Abbildung, bzw. der Applikation.

Closure

Die Bildung einer Abstraktion ist in A++ nicht ein absolutes, von Allem losgelöstes Ereignis. Eine Abstraktion erfolgt immer in einem bestimmten Kontext