本「プログラミング言語の理論と実践。 高校向けの教科書。 第2版 第3世代の標準」

この教科書は、プログラミング言語の理論と実践の体系的な提示に専念しています。 これは、プログラミング言語の分野の古典的な内容を反映しています。 難しい質問はすべて完全な例で説明されています。 さらに、重要な問題に関する幅広いタスクと演習を提供します。 この教科書は、形式言語の理論、オートマトンおよび形式言語の理論、プログラミング言語、プログラミング、オブジェクト指向プログラミング、論理および関数型プログラミング、計算プロセスの理論の分野の基本的なセクションをカバーしています。



新版では、Scala、Go、Swiftなどの高レベルユニバーサルプログラミング言語の特徴と最新の開発動向について説明しています。 古典的なC ++、Java、およびC＃言語の最新の標準の主な機能について説明します。これらすべての言語のラムダ式、C ++ 11の右辺値参照型および移動セマンティクス、C＃の汎用テンプレートの共分散および反分散。 Rubyスクリプト言語の表現が大幅に拡張され、そのブロック、単一継承と混合のメカニズム、およびアヒルのタイピングが考慮されます。 イベント装置とイベントベースのプログラミングの説明が追加されました。 Python、Ruby、C＃、Java、C ++、Scala、Go、およびSwiftのスクリプトおよびオブジェクト指向言語での関数型プログラミングスタイルのアプリケーションが示されています。

本からの抜粋。 Scala言語

この言語は、スイスのローザンヌ工科大学で作成されました（2004年、主著者はMartin Oderskyです）。 これは、コンポーネントソフトウェアの改善された言語サポートの開発を目的とした調査の結果でした。 2つのアイデアが基礎として採用されました。



•コンポーネントソフトウェアをプログラミングするための言語はスケーラブルである必要があります（同じ概念を使用して、プログラムの小さな断片と大きな断片の両方を記述することが可能でなければなりません）。 したがって、注意は抽象化、構成、および分解のメカニズムに集中しており、任意の1レベルのスケーリングでのみ有用な多数の構造の導入には注目していません。



•スケーラブルなコンポーネントサポートは、オブジェクト指向プログラミングと機能プログラミングの両方を組み合わせた言語によって提供されます。 Scalaの主要な革新のいくつかは、これらのプログラミングパラダイムを融合した概念です。 Scalaが参照する静的型付け言語では、これらのパラダイムはこれまで完全に分離されてきました。



Scalaは、2004年1月にJVMプラットフォームで、2004年6月に.NETプラットフォームで使用するためにリリースされました。 さらに、多くのScalaコンパイラーが積極的に開発されています。



したがって、Scalaは、関数型、オブジェクト指向、および並列プログラミングをサポートする、強く型付けされたマルチパラダイム言語です。 Java仮想マシン上に実装されるように設計されており、Java言語の既知の欠陥に部分的に動機付けられています。 機能特性を命令型言語に最も積極的に統合します。 ファーストクラス以上の関数、ローカル型推論メカニズム、遅延（遅延）計算、パターンマッチング、カリー化、末尾再帰、開発された汎用ツール（共分散と反分散）、メッセージベースの並列処理、特性ベースの継承（これらはクラスとインターフェースの間の何か）。 産業および科学の両方で積極的に使用されています。 欧州研究評議会によって資金提供された開発。



Scalaは、Smalltalkで使用されるものと同様の純粋なオブジェクト指向モデルを使用します。各値はオブジェクト（関数の数値と結果の両方）であり、各操作はメッセージ送信、オブジェクトメソッド呼び出しです。 たとえば、2 + 3の追加は2 +（3）として解釈されます。つまり、引数「3」を持つメソッド「+」の受信側オブジェクト「2」の呼び出しとして解釈されます。 ここで、3はソースオブジェクトと見なされます。これはScalaとJavaの違いです。Javaはプリミティブ型（たとえば、booleanまたはint）と参照型を分割し、値として関数を操作する方法がないためです。



もちろん、Javaプログラマーは、Scalaでは関数もオブジェクトであることに大いに驚くでしょう。 ただし、Scalaでは、関数を引数として渡すか、変数として保存するか、別の関数から返すことができます。 通常の変数のような関数を操作するこの機能は、関数型プログラミングの基礎であり、その本質は不変変数を操作することです。



関数を定義する前に、キーワードdefが設定されます。 クラス定義は予約語classで始まります。 クラスは、予約語finalを使用して、さらにサブクラス化を防ぐことができます。 オブジェクト指向言語C ++、Java、C＃のように、クラスのインスタンスはthisという単語を使用して自身を参照できます。 Scalaはオーバーロードされたメソッドを許可します。 Javaと同様に、extendキーワードは、クラスが別のクラスのサブクラスであることを宣言します。 Scalaは多重継承をサポートしていません。 代わりに、言語は特性ベースの混合継承を使用します。これにより、いくつかのサブクラスに共通の属性とメソッドが含まれるようになります。 特性は、クラスまたは他の特性を拡張できます。 Scalaのサブクラスは、親クラスと特性の両方からメソッドを継承できます。 特性は、親クラスおよびサブクラスとの関係を持つこともできます。 特性宣言はキーワードtraitで始まります。 この特性を使用するクラスのインスタンスが作成されると、特性の本体が実行されます。 クラスまたは特性のデフォルトの親は、Anyクラスの直接の子孫であるAnyRefクラスです。



Scalaのコンストラクターは、クラス定義の本体にあります。 クラスのインスタンスが作成されると、パラメーターリスト内のパラメーターに対応する各フィールドは、パラメーターによって自動的に初期化されます。 一般に、明示的なコンストラクターは必要ありません。 派生クラスのコンストラクターは、親クラスのコンストラクターの1つを呼び出す必要があります。 特性は、引数のないプライマリコンストラクターのみを使用します。 トレイトは、親クラスのコンストラクターに引数を渡すことはできません。



Scalaの可視性ルールはJavaに似ていますが、いくつかのバリエーションがあります。 C ++とは異なり、Scalaはデフォルトで「パブリック」可視性を使用します。 可視性は、保護されたキーワードとプライベートなキーワードによって制御されます。 可視性は、関数、変数、または特性の宣言の最初に示されます。 private [this]を使用すると、クラス内の特定のインスタンスの宣言が閉じられます。



メソッド定義は、defキーワードで始まり、オプションの引数リスト、コロン「：」、メソッド戻り値のタイプが続く通常の関数と見なされます。 抽象は、本体を持たないメソッドです。 メソッドはネストできます。



例として、複素数の抽象クラスを想像してください。

class Complex_number (first: Double, second: Double) { val re = first val im = second override def toString = re + " + " im + "i" def add(that: Complex_number): Complex_number = new Complex_number (this.re + that.re, this.im + that.im) def subtract(that: Complex_number): Complex_number = new Complex(this.re - that.re, this.im - that.im) }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

クラス定義には、re（実部）とim（虚部）の2つの属性のみが含まれます。 overrideプロパティを使用して、toString操作はオーバーライドされます。 これは、結果の印刷を容易にするために行われます。 加算と減算の2つの抽象演算が提供されます。 抽象操作は2つのメソッドとして記述されます。 各メソッドは新しい複素数を作成し、オーバーライドされたtoStringメソッドを使用してコンソールに自動的に印刷されます。



このフラグメントをScalaインタープリターにロードした後、次のコマンドを実行できます。

 val c1 = new Complex_number(3, 4) //   3.0 + 4.0 i val c2 = new Complex_number(4, 5) //    4.0 + 5.0 i c1 add c2 //    7.0 + 9.0 i c1 subtract c2 //    -1.0 + – 1.0
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

セミコロンは、言語で使用される頻度ははるかに低くなります。セミコロンは、1行で単独で記述されている場合、ステートメントの最後には配置されません。 行に複数のステートメントが含まれる場合、セミコロンが必要です。 Scalaは可変および不変の両方のデータ構造をサポートしています言語は多態性を提供し、変数の型が指定されていない場合、変数に指定された値に基づいて表示されます。



Scalaは、配列、連想配列、リスト、タプル、セットなどの広範なデータ型のセットを実装しています。 配列は可変オブジェクトであり、リストは不変オブジェクトです。 リストは関数型プログラミングに使用され、配列は命令型プログラミングに使用されます。 セットと連想配列は、トレイトを使用して可変と不変の両方を作成できます。 トレイトは、オブジェクトのコンテンツを拡張する抽象インターフェースであることを思い出してください。 たとえば、「車両」クラスと車両を拡張する「四輪」特性がある場合、その車両は「四輪」特性を追加した「車両」クラスに対応します。 セットおよび連想配列の場合、「可変」および「不変」の特性をクラスにリンクすると、セットまたは連想配列が最終的にそれらの可変性または不変性を保証します。



整数配列は、Array [Int]（4）として宣言されます。 これは、オブジェクトが4つの整数を含む配列であることを意味します。 可変インデックスは、一対の括弧内に書き込まれます。 各データ構造はオブジェクトであるため、新しいコンストラクターを使用して配列が作成されます。 たとえば、val：studentNames = new array [String]（20）を宣言すると、20行を含む配列オブジェクトが作成されます。 その文字列には、studentNames（i）を使用してアクセスできます。iは整数のインデックス変数です。



リストは、リスト（1、2、3）の形式で、または「::」記号で接続された複数の要素として宣言できます。 たとえば、リスト（1、2、3）は1 :: 2 :: 3 :: Nilと書くことができます。 2つのリストxlとylは、「:::」記号を使用して接続されます。 たとえば、List（1、2）::: List（3、4、5）はList（1、2、3、4、5）を作成します。



Scalaは、if-then-else式、caseクラス、while-loop、do-while-loopステートメント、foreachloopイテレーターをサポートし、forloop反復と再帰関数呼び出しを定義します。 関数をパラメーターとして別の関数に渡すと、構成をシミュレートできます。 さらに、Scalaはインデックス付き変数の更新をサポートしているため、定期的な反復に基づいてプログラムを開発できます。



別の関数宣言の例を考えてみましょう。

 def factorial(n: Int): Int = { if (n == 0) 1 else n * factorial(n – 1) }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ここで、関数は階乗を記述し、引数の型と結果の型を整数として宣言します。 再帰的な関数呼び出しが提供されます。



Scalaは、関数を他の関数内にネストできるブロック構造化言語です。 ローカル変数は、宣言されたブロック内にスコープを持ちます。 ネストされたブロック内で、外部ブロックで宣言された変数をオーバーライドできます。 ScalaはJavaパッケージを使用してモジュールの概念をサポートし、提案インポートでメソッドをインポートできます。 デフォルトでは、Scalaは、プログラムを実行する前にすべてのJavaクラスライブラリとScalaの事前定義ライブラリをインポートします。 パラメーターを渡すために、Scalaは値による受け渡しと名前による受け渡しを使用します。 名前で渡すための構文は:: '=>'で、値で渡すための構文は：です。 ScalaはJava例外処理機能を使用します。

Scalaコード例

 def add7(n: Int): Int = {n + 7} //   7  
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

add7関数は、入力パラメーターnに7を加算し、値を返します。 パラメータの型と関数の結果の型は明示的に宣言されていることに注意してください。 関数の本体はブロックであり、中括弧で囲まれています。

 def int_square(x: Int): Int = {x * x} //     def square_add(x: Int): Int = int_square(add7(x)) // 
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

square_add関数は、squareとadd7の2つの関数の構成を示します。 まず、関数add7を使用して、入力パラメーターよりも7多い数を生成し、生成された値を2乗します。 たとえば、square_add（5）はsquare（5 + 7）= 144と同等です。

 def power_rec(x: Double, n:Int): Double = {if (n == 0) 1 else x * power_rec(x, n-1)} // if-then-else  
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

power_rec関数は、Scalaでのif-then-else式と再帰の使用を示しています。 述部は括弧で囲まれており、変異（変数の値の変更）はないことに注意してください。

 def power_iter(x : Int, n: Int): Int = //  power { var a = n; var b = 1; while(a > 0 ) {b = x * b; a = a - 1}//   }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

対照的に、power_iter関数はローカル可変変数aおよびbを使用して、関数xnの値を計算します。 値はアキュムレータbに蓄積され、whileループの完了後に最終的に返されます。

 def sum_list(xl:List[Int]): Int = //    { if (xs.isEmpty) 0 else xl.head + sum_list(xs.tail) }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

sum_list関数は、リストの残りの部分で再帰呼び出しを使用して、すべての整数をリストに追加します。 組み込みのisEmptyメソッドを使用して空のリストをチェックし、headメソッドを使用してリストの最初の要素にアクセスし、tailメソッドを使用して残りのリストにアクセスします。

 def apply_all(my_func:Int => Int, xl:List[Int]): List[Int] = {xl map my_func}
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

Scalaは組み込みの地図表示機能を使用します。これはapply_all機能フォームを適用する機能を提供します。 ここでは、関数の本体に、最初にパラメーター（xl）が書き込まれ、次に高次の表示関数（map）、次に関数名（my_func）が書き込まれます。 この場合、apply_all（int_square、List（1、2、3））はList（1、4、9）のリストを生成します。 my_func関数の型宣言メソッドに注意してください。 関数の型は、Int => Intとして宣言されます。これは、整数型の入力引数を取り、整数型の出力値を生成することを意味します。

 def construct(my_funcs:List[Int => Int], n:Int): List[Int] = //  { if (my_funcs.isEmpty) Nil else my_funcs.head(n)::construct(my_funcs.tail, n) }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

最後に、構成関数は同じ引数に適用される一連の関数を受け取り、一連の出力値を生成します。 たとえば、construct（List（add7、int_square）、5）はList（12、25）を生成します。 関数のリストが空の場合、コンストラクト関数を使用するプログラムはヌルリストを返します。 それ以外の場合、残りの関数をリストから再帰的に呼び出し、最初の関数を適用した結果と、残りの関数を同じ引数に適用して得られた出力シーケンスの残りを組み合わせます。

レビュアー：

ソコロフB.V.、技術科学博士、教授、情報技術研究所長

サンクトペテルブルク情報学研究所のシステム分析とモデリング

およびRASの自動化。



Pasmurov A. Ya。、工学博士、准教授、IEEEのシニアメンバー、連邦州ユニタリーエンタープライズトレーニングセンター長

ロシア連邦運輸省のZashchitaInfoTrans、サンクトペテルブルク支部。



»本の詳細については、出版社のウェブサイトをご覧ください

» コンテンツ

» 抜粋



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