Modul Prinzipien von Programmiersprachen

Sommersemester 2017
Arbeitsgruppe Programmiersprachen und Übersetzerkonstruktion

Nr. Art Termine Raum Veranstalter
080080 V4 Mo 10:15 - 12:00 LMS2 - R.Ü1 Hanus
    Do 12:15 - 14:00 LMS2 - R.Ü1  
080075 Ü2 Mi 10:15-12:00 LMS2 - R.Ü1 Hanus, Dylus

Vorlesungsbeginn

Montag, 10.4.2015, 10:15 Uhr, LMS2 - R.Ü1

Zielgruppe

Studierende im Masterstudiengang Informatik und Studierende mit Nebenfach Informatik

Voraussetzungen

Grundstudium (1.-4. Semester) in Informatik

Inhalt

In dieser Vorlesung werden grundlegende Prinzipien heutiger Programmiersprachen vorgestellt. Dabei steht die praktische Anwendung von Sprachkonzepten zur Lösung von Softwareproblemen im Vordergrund.

Bei der Programmierung kommt es weniger darauf an, irgendein Programm zu schreiben, das eine gegebene Aufgabe löst. Vielmehr muss das Programm so geschrieben sein, dass es verständlich und damit wartbar ist, und es muss auch an neue Anforderungen leicht anpassbar sein. Daher ist es wichtig, die für die Problemstellung geeigneten Programmiersprachen und Sprachkonstrukte zu verwenden. Leider gibt es nicht die für alle Probleme gleich gut geeignete universelle Programmiersprache. Daher ist es wichtig zu wissen, welche Sprachkonzepte für welche Problemstellungen geeignet sind. Diese Vorlesung soll hierzu einen Beitrag leisten, indem ein Überblick über wichtige Sprachkonzepte moderner Programmiersprachen gegeben wird. Dadurch werden die Studierenden in die Lage versetzt, sich einerseits schnell in unbekannte Programmiersprachen einzuarbeiten (da viele Konzepte in den verschiedenen Sprachen immer wieder vorkommen), andererseits sollen sie verschiedene Sprachen und Sprachkonzepte aufgrund ihrer Eignung für ein Softwareproblem kritisch beurteilen können.

Kurzübersicht

  1. Grundlagen (Syntax- und Semantikbeschreibung, abstrakte Datentypen, Ausdrücke, Deklarationen, Bindungen, Blockstruktur)
  2. Imperative Sprachen (Variablen, Datentypen, Kontrollabstraktion, Ausnahmebehandlung, Prozeduren)
  3. Sprachmechanismen zur Programmierung im Großen (Module, Schnittstellen, Objekte, Vererbung, Generizität)
  4. Funktionale Programmiersprachen (referentielle Transparenz, Funktionen höherer Ordnung, Auswertungsstrategien, Typsysteme)
  5. Logische Programmiersprachen (Resolution, Unifikation, Constraints, Datenbanksprachen)
  6. Sprachkonzepte zur nebenläufigen und parallelen Programmierung (Synchronisationskonzepte, Semaphore, Monitore, Message passing, Linda, CCP)

Übungen

Die begleitenden praktischen Übungen werden in verschiedenen Programmiersprachen wie z.B. Java, Haskell und Prolog durchgeführt. Hier folgen zur Erinnerung (eine Einführung in Haskell und Prolog erfolgte im Modul Fortgeschrittene Programmierung) noch einige Hinweise zur Benutzung von Haskell und Prolog auf den Sun-Rechnern des Instituts.

Haskell

Dateien mit Haskell-Programmen tragen die Endung .hs und können im Interpreter mit dem Kommando

:load <Dateiname ohne Endung>

geladen werden. Auf den Uni-Rechnern stehen Ihnen dazu der Glasgow Haskell Compiler zur Verfügung, den Sie mit

/home/haskell/bin/ghci

starten können. Weitere Informationen finden Sie auf der Haskell Seite des Instituts. Beide Systeme sind frei verfügbar. Wer die Programmieraufgaben lieber zuhause löst, kann sich eines von ihnen auf seinem eigenen Rechner installieren.

Prolog

Dateien mit Prolog-Programmen sollten klein geschrieben sein und die Endung .pl haben. Sie können dann mittels

?- [Programmname ohne Endung].

in den Interpreter geladen werden. Auf den Uni-Rechnern steht Ihnen dazu das SICStus Prolog System zur Verfügung, dass Sie mit

/home/prolog/bin/sicstus

aufrufen können. Weitere Informationen finden Sie auf der Prolog Seite des Instituts. SICStus Prolog ist leider nicht Open Source. Wenn Sie Prolog auf Ihrem eigenen Rechner installieren möchten, können Sie SWI Prolog oder GNU Prolog verwenden.

Modulprüfung

Am Ende der Vorlesung findet eine mündliche Abschlussprüfung statt. Die Zeiten werden später individuell vereinbart.

Ergänzende Materialien zur Vorlesung

Es gibt ein Skript zur Vorlesung vom SS15, das nur innerhalb der CAU Kiel zugreifbar ist. Dieses Skript ist kein Ersatz für die Vorlesungsteilnahme, es beinhaltet aber den ungefähren Vorlesungsverlauf und ist hoffentlich eine gute Unterstützung. Dieses wird im Verlauf der Vorlesung überarbeitet. Das aktuelle Skript ist hier verfügbar. Wer darin keine Fehler entdeckt, hat bestimmt nicht ordentlich gelesen. Es wäre es schön, wenn Fehler an Michael Hanus mitgeteilt werden.

Folien und Programme:

10.4.2017: Einführungsfolien (PDF)
29.5.2017: Abstrakte Benchmark-Klasse (Java) Quicksort: imperativ vs. funktional
1.6.2017: Einfache Haskell-Beispiele
15.6.2017: funsum (Rank2-Typen) Grenzen der Typinferenz List-Klasse in Scala Case-Klassen in Scala
19.6.2017: Einfache Prolog-Prädikate
26.6.2017: Kryptarithmetisches Puzzle Fakultät mit FD-Constraints
3.7.2017: Puffer in Ada Puffer in Java

Literatur

Die folgende Liste enthält einige Vorschläge zur Vertiefung der Themengebiete der Vorlesung.

  • Mitchell: Concepts in Programming Languages. Cambridge University Press, 2003
  • Appleby/VandeKopple: Programming Languages: Paradigm and Practice. McGraw-Hill, 1997
  • Sethi: Programming Languages: Concepts and Constructs. Addison-Wesley, 2nd ed., 1996
  • Sebesta: Concepts of Programming Languages. Addison-Wesley, 5th ed., 2002
  • Ghezzi/Jazayeri: Programming Language Concepts 2/E. John Wiley & Sons, 1987
  • Arnold/Gosling: The Java Programming Language. Addison-Wesley, 1996
  • Flanagan: Java in Nutshell. O'Reilly, 1999
  • Meyer: Object-oriented Software Construction. Prentice Hall, 1997
  • Bird: Introduction to Functional Programming using Haskell. Prentice Hall, 1998
  • Hinze: Einführung in die praktische Programmierung mit Miranda. Teubner, 1992
  • Thompson: Haskell - The Craft of Functional Programming. Addison-Wesley, 1996
  • Sterling/Shapiro: The Art of Prolog. MIT Press, 1991
  • Hanus: Problemlösen mit Prolog. Teubner, 1987
  • Lloyd: Foundations of Logic Programming, 2nd Ed., Springer 1987
  • Armstrong et al: Concurrent Programming in Erlang, Prentice Hall, 1996