Opal (Programmiersprache)
OPAL (Optimized Applicative Language) ist eine funktionale Programmiersprache, die 1986 an der TU Berlin unter der Leitung von Peter Pepper entwickelt wurde. Die Sprache diente dort vor allem als Testumgebung. Anfangs ging es zunächst darum, die Sprache effizient zu implementieren. Später wurde das komplette Feld funktionaler Konzepte mit einbezogen. Dazu gehören insbesondere:
- Prinzipien des Software-Engineering
- Integration formaler Spezifikation
- parallele Programmierung
Im Gegensatz zu anderen funktionalen Sprachen wie Haskell ist OPAL nicht standardisiert. Das erlaubt den Entwicklern, viel mit diversen Merkmalen, die sie für interessant erachten, zu experimentieren.
Der grobe Aufbau eines OPAL-Programms
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]OPAL-Programme (Strukturen, siehe auch Algebraische Struktur) bestehen aus einem Signaturteil (Dateiendung .sign
) und einem Implementationsteil (Dateiendung .impl
). Im Signaturteil werden die Sorten sowie die Definitions- und Wertebereiche aller Funktionen beschrieben. Hierzu wird das Schlüsselwort FUN
gebraucht:
FUN f: nat ** nat -> nat
deklariert beispielsweise eine Funktion f, deren Definitionsbereich ein Tupel aus zwei Werten vom Typ nat
(für natürliche Zahlen) und deren Wertebereich ebenfalls die Sorte nat
darstellt. Das Schlüsselwort FUN
darf auch im Implementationsteil stehen, solche Funktionen können dann aber nur in der jeweiligen Struktur verwendet werden.
Im Quellcode werden die Funktionen mit dem Schlüsselwort DEF
implementiert (siehe Beispiele). Ebenfalls in der Implementation wird mit dem Wort DATA
ein selbstdefinierter Datentyp beschrieben, dessen Signatur in der .sign
-Datei mittels TYPE
auch global bekanntgegeben werden kann.
Beispiele
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Fibonacci
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Ein Beispiel für eine Implementierung der Fibonaccifunktion unter Verwendung einer Lambda-Abstraktion:
DEF fibo == \\n.
IF n = 0 THEN 0
IF n = 1 THEN 1
IF n >= 2 THEN fibo(n-1)+fibo(n-2) FI
Eine effizientere Implementierung der obigen Folge unter Verwendung von Dijkstra-IF sowie Overloading.
FUN fib: nat -> nat
DEF fib(x) ==
IF x=0 THEN 0
IF x=1 THEN 1
IF x>1 THEN fib(2, 1, 1, x)
FI
FUN fib: nat ** nat ** nat ** nat -> nat
-- idx : momentaner Index
-- p1 : fib(idx)
-- p2 : fib(idx-1)
-- max : der Index des zu berechnenden Folgengliedes
-- Beispiel: fib(6) -> fib(2, 1, 1, 6) -> fib(3, 2, 1, 6) -> fib(4, 3, 2, 6) ->
-- fib(5, 5, 3, 6) -> fib(6, 8, 5, 6) => 8
DEF fib(idx, p1, p2, max) ==
IF idx<max THEN fib(idx+1, p1+p2, p1, max)
IF idx=max THEN p1
FI
Quicksort
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Ein Beispiel für eine Implementierung des Quicksortalgorithmus:
FUN sort: seq[nat] -> seq[nat]
DEF sort(<>) == <>
-- Die leere Sequenz (geschrieben als <>) ist bereits sortiert
DEF sort(a :: R) ==
LET
Small == (_ < a) | R
-- Sei Small die Sequenz R, gefiltert mit der Funktion "< a". Small besteht damit aus allen Elementen in R, die kleiner sind als a
-- Small entsteht aus der Applikation der Funktion "|" (Filter) auf die Argumente "(_ < a)", einer Funktion nat -> bool, und der Sequenz "R"
-- Opal erlaubt die Prefix-, Infix- und Postfix-Notation, sowie die Vergabe von Identifikatoren aus Sonderzeichen.
-- Der o.a. Ausdruck ist identisch zu "| ( _ < a, R)"
Medium == a :: (_ = a) | R
-- Medium enthält das erste Element a und alle Elemente in R, die gleich a sind
Large == (_ > a) | R
-- Large ist dann die Sequenz, die alle Zahlen aus R enthält, die größer als a sind
IN
sort(Small)++Medium++sort(Large)
-- Das Resultat ist die Konkatenation der ihrerseits sortierten Sequenz Small, Medium und der sortierten Sequenz Large.
Selectionsort
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Ein Beispiel für eine Implementierung des Selectionsortalgorithmus:
FUN ssort: seq[nat] -> seq[nat]
DEF ssort(<>) == <>
DEF ssort(liste) ==
LET
minimum == min(liste)
restliste == cut(minimum,liste)
IN
minimum :: ssort(restliste)
FUN cut: nat ** seq[nat] -> seq[nat]
DEF cut(x,a::A) ==
IF a = x THEN A
ELSE a :: cut(x,A) FI
FUN min: seq[nat] -> nat
DEF min(a::A) == minHelp(a,A)
FUN minHelp: nat ** seq[nat] -> nat
DEF minHelp(a,<>) == a
DEF minHelp(a,A) ==
IF a < ft(A) THEN minHelp(a,rt(A))
ELSE minHelp(ft(A),rt(A)) FI
Insertionsort
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Ein Beispiel für eine Implementierung des Insertionsortalgorithmus:
FUN isort: seq[nat] -> seq[nat]
DEF isort(<>) == <>
DEF isort(a::A) == a insert isort (A)
FUN insert: nat ** seq[nat] -> seq[nat]
DEF x insert <> == x :: <>
DEF x insert (a::A) ==
IF x <= a THEN x::(a::A)
ELSE a::(x insert A)
FI
Mergesort
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Ein Beispiel für eine Implementierung des Mergesortalgorithmus:
FUN msort: seq[nat] -> seq[nat]
DEF msort(<>) == <>
DEF msort(a:: <>) == a:: <>
DEF msort(liste) ==
LET
i == #(liste)/2
(links, rechts) == split(i,liste)
IN
msort(links) merge msort(rechts)
FUN merge: seq[nat] ** seq[nat] -> seq[nat]
DEF <> merge <> == <>
DEF a merge <> == a
DEF <> merge a == a
DEF (a::A) merge (b::B) ==
IF a <= b THEN a::( A merge (b::B) )
ELSE b::( B merge (a::A) )
FI
Beispiele für Datentypen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Während in der Theorie zwischen verschiedenen Formen von Datentypen unterschieden wird, hat OPAL nur ein Konstrukt, um eigene Typen zu definieren.
Ein Beispiel für eine Implementierung eines Produkttyps
DATA point3D == point3D(x:real, y:real, z:real)
… eines Summentyps
DATA object3D == cube(width: real, height: real, length: real, location: point3D)
cylinder(height: real, radius: real, location: point3D)
sphere(radius: real, location: point3D)
… eines Aufzählungstyps
DATA traffic_light == red
yellow
green
Datentypdeklarationen (TYPE) ersetzt der OPAL-Compiler intern durch die sogenannte „induzierte Signatur“. Das Schlüsselwort DATA
fügt auch Implementierungen der Funktionen hinzu, die dem Programmierer dann die Möglichkeit geben, Werte der selbstdefinierten Sorte zu erzeugen, auf die einzelnen Elemente der Datenstruktur zuzugreifen und zwischen Varianten zu unterscheiden:
Z. B. die induzierte Signatur für den Summentyp
-- Sorte
SORT object3D
-- Konstruktorfunktionen
FUN cube: real ** real ** real ** point3D -> object3D
FUN cylinder: real ** real ** point3D -> object3D
FUN sphere: real ** point3D -> object3D
-- Selektorfunktionen
FUN width height length radius: object3D -> real
FUN location: object3D -> point3D
-- Diskriminatorfunktionen
FUN cube?: object3D -> bool
FUN cylinder?: object3D -> bool
FUN sphere?: object3D -> bool
Literatur
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Peter Pepper: Funktionale Programmierung in OPAL, ML, HASKELL und GOFER. Springer-Verlag, 1999, ISBN 3-540-64541-1
Weblinks
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Webseite des OPAL-Projektes (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im April 2021. Suche in Webarchiven)
- Bibliotheca Opalica Dokumentation der OPAL-API (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im April 2021. Suche in Webarchiven)
- Quelltextarchiv des OPAL-Projekts auf dem GitHub der TU Berlin
- Übersicht OPAL im Wiki von Freitagsrunde.org – Dort findet sich u. a. die Opalix Live-CD
- Opal-Programme online schreiben und ausführen (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im April 2021. Suche in Webarchiven)