Vue d`ensemble d`Objective Caml
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Vue d’ensemble d’Objective Caml
Philippe Wang
Association des Étudiants en Informatique de Paris 6
27 septembre 2007, 13h - 15h
Revision : 1.3
Page Labo
Page Perso
Site AEIP6
Site OCaml
Philippe Wang (AEIP6)
:
:
:
:
http://www-spiral.lip6.fr/~pwang/
http://philippewang.info/
http://www.aeip6.com
http://www.ocaml.org
Vue d’ensemble d’Objective Caml
27 septembre 2007
1 / 48
Introduction
Avancement dans le plan...
Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Présentation du langage
Traits impératifs
Programmation fonctionnelle
Exceptions
Modules et Foncteurs
Modules
Foncteurs
Objets
Création
Héritage
Héritage multiple
Labels et variants polymorphes
Labels
Variants polymorphes
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Vue d’ensemble d’Objective Caml
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Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
langage de programmation ?
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Vue d’ensemble d’Objective Caml
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Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
langage de programmation ?
I
fonctionnel
I
impératif
I
modulaire
I
objets
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3 / 48
Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
langage de programmation ?
I
fonctionnel
I
impératif
I
modulaire
I
objets
I
variants polymorphes, labels, ...
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Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Objective Caml : qualités et défauts
I
langage très riche et très expressif, multiparadigme
I
communauté pas super grande
(en comparaison à Java ou Php par exemple)
I
bibliothèque pas énorme... pas vraiment de standard
I
performances comparées à celles de C et de C++
I
ramasse-miette
I
typage statique fort par inférence de types
I
polymorphisme
I
de très nombreuses extensions
I
interfaçage avec C, donc indirectement avec la plupart des
langages...
I
...
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Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Utilisations Académiques et Industrielles
Quelques exemples
I
enseignement de la programmation
très présent en classes préparatoires et dans certaines
universités,
rare en écoles d’ingénieurs, ...
I
utilisé dans la recherche en programmation
OCaml(INRIA), ocsigen(PPS), astrée(ENS), Lucid Synchrone(LRI)
I
dans l’industrie
(Esterel Technologies (SCADE), XenSource, Dassault Aviation, Jane Street, ...)
I
I
I
implantation d’outils pour la certification de programmes
(analyses de programmes, compilation)
secteur des finances
...
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Objective Caml
C'est du Tonnerre !
Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Quelques pointeurs...
I
URL de base
http://caml.inria.fr/ ou http://ocaml.org/
I
Le manuel de référence
http://caml.inria.fr/pub/docs/manual-ocaml/
I
Accès direct à la documentation de la bibliothèque standard
http://caml.inria.fr/pub/docs/manual-ocaml/
libref/index_modules.html
I
Développement d’Applications avec Objective Caml
http://www.pps.jussieu.fr/Livres/ora/DA-OCAML/ (fr)
et http://caml.inria.fr/pub/docs/oreilly-book/ (en)
I
Fruit de travail collaboratif
http://www.ocaml-tutorial.org/ (wiki)
I
...
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Présentation du langage
Avancement dans le plan...
Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Présentation du langage
Traits impératifs
Programmation fonctionnelle
Exceptions
Modules et Foncteurs
Modules
Foncteurs
Objets
Création
Héritage
Héritage multiple
Labels et variants polymorphes
Labels
Variants polymorphes
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Présentation du langage
Un langage vraiment Multiparadigme
Ce qu’on va voir maintenant...
1. traits impératifs
2. noyau fonctionnel
3. modules et foncteurs
4. objets
5. variants polymorphes
6. labels
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Présentation du langage
Traits impératifs
Boucles
I
I
I
for plop = 42 / 23 to 42 * 23 + 1 do
print_string "Itération numéro " ;
print_int i ;
print_char ’n’
done
for plop = 23 downto 0 do
print_string "Itération numéro " ;
print_int i ;
print_char ’n’
done
let x = ref 0 in
while !x < 42 do
print_int !x;
x := !x + 1
done
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Présentation du langage
Traits impératifs
Variables et Affectations
En fonctionnel pur, les valeurs sont immutables...
En OCaml, rien n’est « implicitement mutable » !
I
type ’a ref = { mutable contents : ’a ; }
I
let ( := ) a b = a.contents <- b
I
let ( ! ) a = a.contents
I
let a = ref 0 ;;
a := !a * 42 ;;
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Présentation du langage
Traits impératifs
Variables et Affectations
En fonctionnel pur, les valeurs sont immutables...
En OCaml, rien n’est « implicitement mutable » !
I
type ’a ref = { mutable contents : ’a ; }
I
let ( := ) a b = a.contents <- b
val ( := ) : ’a ref -> ’a -> unit = <fun>
I
let ( ! ) a = a.contents
val ( ! ) : ’a ref -> ’a = <fun>
I
let a = ref 0 ;;
val a : int ref = {contents = 0}
a := !a * 42 ;;
- : unit = ()
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Présentation du langage
Traits impératifs
Déclarations de types
Que peut représenter le type suivant ?
type ’a t
mutable
mutable
mutable
}
= {
value
: ’a
;
next
: ’a t ;
previous : ’a t
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Présentation du langage
Traits impératifs
Déclarations de types
On peut faire mieux !
type ’a option = None | Some of ’a
type ’a t
mutable
mutable
mutable
}
= {
value
: ’a
;
next
: ’a t ;
previous : ’a t
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Présentation du langage
Traits impératifs
Déclarations de types
On fait mieux !
type ’a option = None | Some of ’a
type ’a t
mutable
mutable
mutable
}
= {
value
: ’a
;
next
: ’a t option ;
previous : ’a t option
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Présentation du langage
Traits impératifs
Sauvons les arbres !
Un arbre en Caml ?
type
|
|
|
’a tree =
Empty
Leaf of ’a (* <- peut être omis *)
Node of ’a * ’a tree * ’a tree
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Présentation du langage
Traits impératifs
Sauvons les arbres !
Un arbre en Caml ?
type ’a tree =
| Empty
| Node of ’a * ’a tree * ’a tree
Par rapport à la représentation précédente :
I
allourdissement des données (de peu)
I
allègement de la représentation (de peu)
I
facilite les comparaisons entre deux arbres (de beaucoup)
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Présentation du langage
Traits impératifs
Sauvons les arbres ! Et animons leurs vies !
Se balader (de bas en haut et de haut en bas) sur un arbre ?
type
(*
(*
(*
(*
}
’a node
mutable
mutable
mutable
mutable
= {
*) value
*) parent
*) left
*) right
:
:
:
:
’a
’a
’a
’a
;
tree option ;
tree ;
tree ;
type ’a tree =
| Empty
| Node of ’a node
on peut enlever option pour optimiser, mais avoir un parent égal à
une feuille vide peut paraître “bizarre”
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Présentation du langage
Programmation fonctionnelle
Et les listes ?
Les listes sont super utiles, surtout quand on peut les utiliser
facilement...
type ’a list = Nil | Cons of ’a * ’a list
...
Cons(value | pointer)
Cons(value | pointer)
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Nil
Cons(value | pointer)
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Présentation du langage
Programmation fonctionnelle
Programmation fonctionnelle
type ’a list = Nil | Cons of ’a * ’a list
let rec map f l = match l with
| Nil -> Nil
| Cons(hd, tl) -> Cons(f hd, map f tl)
let l1 = Cons(1, Cons(2, Cons(3,Nil)))
let l2 = map (fun n -> n + 1) l1
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Présentation du langage
Programmation fonctionnelle
Les listes « natives » du langage
type ’a list = [] | :: of ’a * ’a list
let rec map f l = match l with
| Nil -> Nil
| Cons(hd, tl) -> Cons(f hd, map f tl)
let rec map f l = match l with
| [] -> []
| hd :: tl -> f hd :: map f tl
let rec map f = function
| [] -> []
| hd :: tl -> f hd :: map f tl
exercice : renommer le type list utilisateur en listb et écrire la fonction de conversion
list_of_listb de type listb -> list
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Présentation du langage
Programmation fonctionnelle
Utilisation de map
let l3 = [ 23 ; 37 ; 42 ; 69 ] ;;
let l4 = map string_of_int l3 ;;
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Présentation du langage
Programmation fonctionnelle
Utilisation de map
let l3 = [ 23 ; 37 ; 42 ; 69 ] ;;
val l3 : int list = [23; 37; 42; 69]
let l4 = map string_of_int l3 ;;
val l4 : string list = ["23"; "37"; "42"; "69"]
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Présentation du langage
Programmation fonctionnelle
Il pleut des factorielles !
let rec fact n =
if n = 0 then 1 else n * fact (n - 1)
let fact n =
let rec aux accu n =
if n = 0 then accu else aux (accu*n) (n-1)
in aux 1 n
exercice : donner une ou deux autres implantations de la fonction factorielle
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Présentation du langage
Exceptions
Boucles et Exceptions (1)
Will you let this cat catch a cold ?
let nude_cat () =
try
while true do
print_char (read_char ())
done
with End_of_file -> ()
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Présentation du langage
Exceptions
Boucles et Exceptions (2)
Compteur de lignes...
let count_lines () =
let i = ref 0 in
try
while true do
ignore (read_line ()); incr i
done
with End_of_file ->
Printf.printf "I’ve counted %d lines" !i
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Présentation du langage
Exceptions
Boucles et Exceptions (3)
Give some cloths to the cat !
let cat () =
let argc = Array.length Sys.argv in
if argc = 1
then nude_cat ()
else
for i = 1 to argc - 1 do
let file = open_in Sys.argv.(i) in
try while true do
print_char (input_char file)
done with End_of_file -> ()
done
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Présentation du langage
Exceptions
Boucles et Exceptions (4)
Give some prettier cloths to the cat !
let cat () =
match Array.length Sys.argv with
| 0 -> nude_cat ()
| argc ->
for i = 0 to argc - 1 do
let file = open_in Sys.argv.(i) in
try while true do
print_char (input_char file)
done with End_of_file -> ()
done
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Présentation du langage
Exceptions
Exceptions et style fonctionnel
let rec assoc elem list = match list with
| [] -> raise Not_found
| (e, a) :: tl -> if elem = e then a
else assoc elem tl
let rec assoc elem = function
| [] -> raise Not_found
| (e, a) :: tl -> if elem = e then a
else assoc elem tl
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Présentation du langage
Exceptions
Style fonctionnel pur (donc sans exception)
let rec assoc_ter elem = function
| [] -> None
| e::tl ->
if e = elem
then Some e
else assoc_ter elem tl
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Présentation du langage
Exceptions
Démonstrations et Exemples
Utilisations de Filtrages par motifs (pattern matching)
I
destructuration des données en profondeur
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Présentation du langage
Exceptions
Fonctionnel versus Impératif
Impératif
I
plus efficace ?
I
plus proche du modèle de fonctionnement des processeurs
généralistes
I
effets de bords souvent dangereux
I
plus facile à comprendre car moins riche ?
Fonctionnel
I
plus « propre », plus expressif
I
plus facile pour les débutants en programmation qui ont des
bases en mathématiques ?
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27 / 48
Présentation du langage
Exceptions
Fonctionnel versus Impératif
Les modèles
I
machines de Turing, λ -calcul, machines à registres illimités, ...
Les langages hybrides
I
ml, lisp/scheme, ...
Les langages purs
I
Haskell, ...
Applications
I
en général, on utilise des styles hybrides
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Modules et Foncteurs
Avancement dans le plan...
Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Présentation du langage
Traits impératifs
Programmation fonctionnelle
Exceptions
Modules et Foncteurs
Modules
Foncteurs
Objets
Création
Héritage
Héritage multiple
Labels et variants polymorphes
Labels
Variants polymorphes
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28 / 48
Modules et Foncteurs
Modules
Modules
quelques mot-clefs : module, struct, end, open, include, sig, let .. in
module ModuleName =
struct
type t = A | B | C
let f = function A -> 1 | B -> 2 | C -> 42
end
signature :
module ModuleName :
sig type t = A | B | C val f : t -> int end
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29 / 48
Modules et Foncteurs
Modules
Modules : open et include
module M = struct type t = A end
let x = M.A
open M
let y = A
y = M.A : M.t
module M = struct type t = A end
let x = M.A
include M
let y = A
y=A:t
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30 / 48
Modules et Foncteurs
Modules
Démonstrations et Exemples
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31 / 48
Modules et Foncteurs
Foncteurs
Foncteurs
Un mot-clef en plus : functor.
Pour... des modules qui prennent d’autres modules en paramètres...
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32 / 48
Modules et Foncteurs
Foncteurs
L’histoire du point coloré...
module type Point =
sig
type point
val get_x : point -> int
val get_y : point -> int
end
module Color_point = functor (P:Point) ->
struct
type colored_point =
{ color : int ; point : P.point }
let get_x p = P.get_x p.point
let get_y p = P.get_y p.point
end
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33 / 48
Modules et Foncteurs
Foncteurs
Héritage ou vol ? ou emprunt ?
module type Point =
sig
type point
val get_x : point -> int
val get_y : point -> int
end
module Color_point = functor (P:Point) ->
struct
include P
type colored_point =
{ color : int ; point : point }
let get_x p = get_x p.point
let get_y p = get_y p.point
end
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34 / 48
Modules et Foncteurs
Foncteurs
Syntaxe plus compacte
module type Point =
sig
type point
val get_x : point -> int
val get_y : point -> int
end
module Color_point (P:Point) =
struct
include P
type colored_point =
{ color : int ; point : point }
let get_x p = get_x p.point
let get_y p = get_y p.point
end
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35 / 48
Modules et Foncteurs
Foncteurs
Démonstration d’exemples d’utilisation
I
modules Set et module Map de la bibliothèque standard
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36 / 48
Objets
Avancement dans le plan...
Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Présentation du langage
Traits impératifs
Programmation fonctionnelle
Exceptions
Modules et Foncteurs
Modules
Foncteurs
Objets
Création
Héritage
Héritage multiple
Labels et variants polymorphes
Labels
Variants polymorphes
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Objets
Création
Le Point sur un axe...
La classe
class point =
object
val mutable x = 0
method get_x = x
method move d = x <- x + d
end
Sa signature
class point :
object val mutable x : int
method get_x : int method move : int -> unit
end
Création d’un point
let p = new point
val p : point = <obj>
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38 / 48
Objets
Création
Évaluation dans le top-level
p#get_x ;;
- : int = 0
p#move 3 ;;
- : unit = ()
p#get_x ;;
- : int = 3
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Objets
Création
Histoires d’ingénierie...
I
les champs des objets sont privés (accessibles uniquement par
les méthodes de la classe) et en lecture seule
I
ils peuvent néanmoins être déclarés comme étant mutables
I
les méthodes sont publiques
I
la valeur d’un champ peut être une fonction, mais attention : la
fonction n’a pas accès aux champs puisqu’elle n’est pas une
méthode de la classe
I
...
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Objets
Héritage
Histoires d’héritages...
class p ((x,y):int*int) =
object
val x = x
val y = y
method get_x = x
method get_y = y
end
class cp (x,y) (color : int) =
object (self)
inherit p(x,y)
val c = color
method color = c
end
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41 / 48
Objets
Héritage multiple
Héritage multiple
class c (color:int) =
object
val c = color
method color = c
end
class p ((x,y):int*int) =
object
val x = x
val y = y
method get_x = x
method get_y = y
end
class cp (x,y) color =
object (self)
inherit p(x,y)
inherit c color
end
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Objets
Héritage multiple
Le polymorphisme chez les objets
cf. ressources indiquées plus haut, ou bien cours de
Typage et Polymorphisme (M2 STL)1
1 http://www-spiral.lip6.fr/~chaillou/Public/enseignement/2006-2007/tep/
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43 / 48
Labels et variants polymorphes
Avancement dans le plan...
Introduction
Qu’est-ce qu’Objective Caml ?
Présentation du langage
Traits impératifs
Programmation fonctionnelle
Exceptions
Modules et Foncteurs
Modules
Foncteurs
Objets
Création
Héritage
Héritage multiple
Labels et variants polymorphes
Labels
Variants polymorphes
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Labels et variants polymorphes
Labels
Labels : arguments étiquetés sans valeurs par défaut
# let f ~x:x1 ~y:y1 = x1 - y1;;
val f : x:int -> y:int -> int = <fun>
# f ~x:3 ~y:2;;
- : int = 1
# f ~y:2 ~x:11;;
- : int = 9
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Labels et variants polymorphes
Labels
Labels : arguments étiquetés avec valeurs par défaut
# let print ?(msg = "") i = print_int i ;;
val print : ?msg:string -> int -> unit = <fun>
# let () = print 42;;
42
# let () = print "hello" 42;;
Expecting function has type ?msg:string -> unit
This argument cannot be applied without label
# let () = print ~msg:"hello" 42;;
42
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Labels et variants polymorphes
Variants polymorphes
Variants polymorphes
Des constructeurs de types sommes libertins créés à la volée...
# let print = function ‘Int i -> print_int i;;
# let print = function ‘Int i -> print_int i
| ‘Float f -> print_float f ;;
# let print = function
| ‘String s -> print_string s
| v -> print v;;
# let print = function ‘String s -> print_string s
| (‘Float _ | ‘Int _) as v -> print v ;;
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Labels et variants polymorphes
Variants polymorphes
Des... Questions ?
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