Programación en Scala

Transcripción

1 Programación en Scala Curso introductorio by S. Muñoz-Gutiérrez Grupo LINDA Facultad de Ingeniería UNAM México Marzo-Mayo 2011

2 Lenguaje natural En lenguaje natural, utilizamos palabras para representar entidades de nuestro entorno = Flor

3 Palabras expresan conceptos La palabra escrita Flor, es una secuencia de símbolos que representa una variedad de tipos de flores particulares

4 Semántica de palabras

5 Un concepto lleva a otro La descripción de un concepto utiliza otros conceptos

6 Cambio Las entidades de nuestro entorno cambian Przemyslaw Prusinkiewicz et al. (1993). Simulation of plant development. ACM SIGGRAPH 93.

7 Interacción Las entidades interaccionan

8 Orientación a objetos El paradigma de programación orientada a objetos facilita la traducción de conceptos de lenguaje natural a código máquina en una computadora Simula es considerado el primer lenguaje orientado a objetos (1967) Desde entonces se ha convertido en el paradigma principal de programación en lenguajes como Smalltalk, C++, java, Ruby

9 Clases Las clases son entidades de software que permiten la representación de conceptos dentro del lenguaje Scala Su propósito principal es de servir de arquetipos o planos de esos conceptos Las descripciones logradas a través de las clases permiten la organización y relación sistemática y estructurada de piezas de software: tanto datos como comporamiento de un programa

10 Clases en Scala Las clases en Scala pueden definirse y pueden instanciarse. En una definición, especificamos el nombre o identificador que queremos darle a la clase, su relación con otras clases y sus miembros Al instanciar una clase, creamos un objeto o instancia particular de la misma. Podemos tener muchas instancias de una misma clase

11 Ejemplo definición de clase Utilizamos la palabra reservada class seguida de un identificador: Identificador de la clase class Flor { //definición de la clase //miembros pueden ser //atributos o métodos }

12 Campos y composición Los atributos en Scala se conocen como campos, y son referencias a instancias de objetos que pueden definirse utilizando las palabras reservadas val o var En programación orientada a objetos los campos representan la composición, es decir, relación de pertenencia de un objeto a otro Esta representación es afín con nuestras definiciones en lenguaje natural

13 Ejemplo - campos class Flor{ var tamaño = pequeña var nombre = rosa var petalos = 5 val división = Angiospermae val reino = Plantae }

14 Métodos Los métodos definen el comportamiento, es decir corresponden con código que puede ser ejecutado por la máquina virtual Los métodos corresponden con definición de funciones dentro de una clase Para definir un método usamos la palabra reservada def

15 Ejemplo métodos class Flor{ var humedad = 0 def polinizar():unit ={ println( Happy plant! ) } def regar():unit = humedad+=1 }

16 Instancias de clase Una vez definida una clase, podemos instanciarla utilizando la palabra reservada new seguida por el nombre de la clase Podemos crear varias instancias de una misma clase, cada instancia tiene su propio estado al ocupar regiones de memoria distintas A los campos de una clase también se les conoce como variables de instancia, pues cada instancia tiene su propia copia

17 Ejemplo - instancias var f1 = new Flor val f2 = new Flor f1 regar; f1.regar() f2.regar; f2 regar; f2 regar() println( f1: h= +f1.humedad) println( f2: h= +f2.humedad) f1 = f2 f2 = f1 // Qué pasa aquí?

18 Campos privados Para proteger el estado de un objeto, se puede impedir el acceso directo a los campos Para impedir el acceso directo a los campos se define el campo como privado utilizando la palabra reservada private Los campos privados solo pueden accederse desde los métodos de la misma clase, controlando así su actualización

19 Ejemplo -campos privados class Flor{ private var estado = sad def nutrir():unit = { estado = happy } accesible desde dentro } var f = new Flor; f.nutrir f.estado = sad //Error

20 Private en clases internas Campos privados no son accesibles a otras clases, ni siquiera en el caso en que la otra clase defina a la primera class Externa{ var i = 1 class Interna{ private def f() = i+1 //OK } def g()=(new Interna).f //Error }

21 Campos públicos Si deseamos permitir el acceso a los campos de una instancia, en Scala este es el comportamiento por omisión, es decir para hacer un campo público, basta con definirlo sin utilizar modificador de acceso alguno Esto es distinto de java, donde hay que indicar que los campos son publicos con la palabra reservada public

22 Parámetros de métodos son val En Scala los parámetros de los métodos son siempre de tipo val Esto significa que no se puede cambiar la referencia, el siguiente código produce un error: def f(x:int):unit ={ x+=1 // Error en tiempo de compilación }

23 Sentencias return La palabra reservada return se utiliza para terminar la ejecución de un método y retornar un valor Cuando es la última línea del método, su uso es inecesario def uno():int = return 1 def dos():int = 2 def tres() = 3

24 Uso de return La recomendación que hace Martin Odersky sobre el uso de return en métodos y funciones, es que se evite su uso explicito y en especial el tener multiples returns en un mismo método o función Es buena práctica diseñar un método como un conjunto de instrucciones que entregan un valor de resultado, el cual es la última línea del mismo

25 Métodos que no calculan algo Los métodos que no regresan un valor en particular, pero son invocados por sus efectos secundarios, son definidos con el valor de retorno Unit Estos métodos pueden escribirse omitiendo el tipo Unit al igual que el signo de = def out(msg:string){ println( [ +msg+ ] ) }

26 Ejemplos def f1(x:int):int = { return 3*x; } //versión explicita def f1(x:int) = 3*x //concisa def f1(x:int){ 3*x } // Qué pasa? def f1(x:int)={ 3*x } def f1(x:int){return 3*x}

27 Inferencia de punto y coma El punto y coma ; se utiliza para separar dos instrucciones En la mayoría de los casos Scala infiere la separación de dos instrucciones haciendo inecesario su uso Por ejemplo si las instrucciones estan en lineas diferentes Scala las tratará generalmente como instrucciones independientes Si hay más de dos instrucciones en una misma línea se requiere su uso explicito

28 Ejemplo punto y coma var a=1; a+=1 if(a==1) a+=1 else a+=2 def b() ={ (3+a) 5*a +6*a } // salida? def b() ={ (3+a) 5*a + 6*a } // salida? def b() ={ ((3+a) 5*a +6*a) } // salida?

29 Punto y coma Una nueva línea se trata como punto y coma a menos que: Termine en una palabra que no sería legal como fín de instrucción La línea siguiente comienza con una palabra que no sería legal como inicio de instrucción La línea termina pero esta dentro de paréntesis ( ) o corchetes [ ]

30 Objetos síngleton Los objetos síngleton por definición corresponden con instancias únicas de una clase, es decir, si a es una instancia de la clase A y b es una instancia de la clase A se cumple que a y b son el mismo objeto (ocupan la misma región de memoria) Se utilizan en Scala para remplazar los miembros de clase estáticos que existen en java, esta característica es más afín al paradígma orientado a objetos

31 Objetos singleton La definición de un objeto singleton es muy similar a la definicón de una clase, se debe cambiar la palabra reservada class por object object O{ var name = Singleton de O def out() = println(name) } O.out //Única instancia

32 Objeto y clase acompañantes Cuando se declara un objeto singleton con el mismo nombre que una clase, al objeto singleton se le conoce como objeto acompañante (companion object) La clase se llama clase acompañante del objeto singleton (companion class) Es necesario que la definición de la clase y de su objeto acompañante se haga dentro del mismo archivo

33 Ejemplo - objeto acompañante object BVect{ val IntBits = 32 def count(x:int):int = { var r = 1 var cnt = 0 for(i < 0 until IntBits){ cnt += (if((x&r)!=0) 1 else 0) r <<= 1 } cnt } }

34 Ejemplo clase acompañante class BVect(n:Int){ val m:int = n/bvect.intbits + (if((n%bvect.intbits)!=0) 1 else 0) val s = new Array[Int](m) def update(i:int,x:boolean):unit = { checklimits(i) val c = new Cursor(i) if(x) s(c.index) = c.d c.mask else s(c.index) = c.d & ~c.mask }

35 Ejemplo - objeto singleton def apply(i:int):boolean = { checklimits(i) val c = new Cursor(i) (c.d & c.mask)!= 0 } def $():Int = { var count = 0 for(si < s) count += BVect.count(si) count }

36 Ejemplo - objeto singleton def ^(v:bvect):int ={ checkvectorsize(v) var count = 0 for(i < 0 until m) count += BVect.count(s(i)^v.s(i)) count } def checkvectorsize(x:bvect):unit = { if(x.length!= n) throw new IllegalArgumentException( "Tamaño esperado:"+n+",obtenido:"+x.length) }

37 Ejemplo - objeto singleton def checklimits(i:int):unit = { if(i>=n) throw new IndexOutOfBoundsException( "Índice máximo: "+ (n 1) +", obtenido: "+i) } def length():int = n override def tostring():string = { var cad = "" for(i < 0 until n) cad += (if(this(i)) "T" else "F") cad }

38 Ejemplo - objeto singleton //Clase Cursor definida dentro de clase BVect class Cursor(i:Int){ val index = i/bvect.intbits val shift = i%bvect.intbits val d = s(index) //acceso a campo s en VBect val mask = (1 << shift) } }

39 Objeto singleton standalone Los objetos singleton pueden no tener una clase acompañante, en cuyo caso se les conoce como objetos singleton standalone Un objeto singleton standalone se usa para encapsular y agrupar módulos de sofware, o como punto de entrada de una aplicación en Scala

40 Singleton como aplicación Para que un singleton opere como un punto de entrada de aplicación, debe definir el método main con la firma correcta object MyProg{ def main(args:array[string]){ println( My aplicación ) } }

41 Ejercicio Defina una clase para representar el cromosoma binario de un algoritmo genético, utilizando una representación similar a la de la clase VBect del ejemplo Debe implementar los métodos apply y update para consultar o actualizar el gen (bit) de cierta posición del cromosoma, Implemente en un objeto acompañante, un método cruza que realice la cruza de dos cromosomas, usando un arreglo de cromosomas como resultado

42 Ejercicio Defina el operador binario infijo + para la cruza dentro de la clase Cromosoma y utilice el método definido en el objeto acompañante para implementarlo Defina una propiedad privada con el número de puntos de cruza, la cual debe poder actualizarse con un método llamado setpuntos y consultarse con un método llamado getpuntos

43 Ejercicio Generalice la cruza para utilizar varios puntos de cruza en la construcción de los hijos Modifique la clase para poder realizar cruza uniforme. En la cruza uniforme, para formar a los hijos, cada padre tiene la misma probabilidad de heredar un gen a sus hijos

44 Ejercicio Para la cruza uniforme, lance una moneda para decidir el padre en cada gen (bit) del cromosoma:

45 Ejercicio La cruza (de un solo punto) de dos cromosomas se realiza de la forma siguiente (punto aleatorio):

46 Tips Para generar números aleatorios utilice la clase Random definida en el paquete scala.util import scala.util.random var x = new Random x.nextint(10) // x entre 0 y 9 Puede especificarse un argumento al constructor de la clase Random para inicializar el generador de números

47 Referencias Odersky M, Spoon L y Venners B (2010) Programming in Scala. Artima Press, 2a edición, California USA. Loverdos C y Syropoulos A (2010) Steps in Scala. Cambridge University Press. Cambridge UK. Wampler, D & Payne A (2008) Programming Scala. O'Reilly Media.