2014年の社内新人教育テキスト #2（関数型言語からオブジェクト指向言語へ）
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2014年の社内新人教育テキスト #2（関数型言語からオブジェクト指向言語へ）
- 1. 2014-06-02
- 3. オリエンテーション （目的の共有） 組み込みシステム概論 ソフトウェア開発手法 ハードウェア基礎 1 （デジタル編） 組み込みOS 1 (WEC) プログラミング言語 1 （関数型言語） ハードウェア基礎 2 （アナログ編） 組み込みOS 2 （nxtOSEK） プログラミング言語 2 （オブジェクト指向言語） クラウド連携 組み込みOS 3 （Linux） プログラミング言語 3 （GPU用DSL） ソフトウェア設計とテスト プロジェクト管理 プログラミング言語 4 （アセンブラとC言語） ：関連の向き ：スキルとして重点を置く項目 ：重点項目のための基礎知識 ：応用項目・付加スキル
- 4. オリエンテーション （目的の共有） 組み込みシステム概論 ソフトウェア開発手法 ハードウェア基礎 1 （デジタル編） 組み込みOS 1 (WEC) プログラミング言語 1 （関数型言語） ハードウェア基礎 2 （アナログ編） 組み込みOS 2 （nxtOSEK） プログラミング言語 2 （オブジェクト指向言語） クラウド連携 組み込みOS 3 （Linux） プログラミング言語 3 （GPU用DSL） ソフトウェア設計とテスト プロジェクト管理 プログラミング言語 4 （アセンブラとC言語） ：関連の向き ：スキルとして重点を置く項目 ：重点項目のための基礎知識 ：応用項目・付加スキル 「プログラミング実技」を入れる？ ：アプリケーション（C#）と デバイスドライバ（C）
- 7. 開発ツールが充実している OS やミドルウェアの API の多くで採用さ れている手続き型言語と、親和性が高い オープンソースのソフトウェアの多くが オブジェクト指向言語で書かれている これらの前提／環境が変われば、 利用するプログラミング言語も変 わるでしょう。
- 11. オブジェクト：関数型言語のクロージャ 局所的な変数を共有する関数のセット メッセージの値でクロージャ内の関数を指定 (define (makeResistorObj resistorVal numBar) (define resistor (makeResistorFromVal resistorVal numBar)) (lambda (msg) (cond ((eq? msg 'val) (resistor-value resistor) ) ((eq? msg 'code) (resistor-colorCode resistor) ) ((eq? msg 'show) (display "value: ") (display (resistor-value resistor)) (display "ncolor code: ") (showColorCode (resistor-colorCode resistor)) ) ) ) ) (define resistorObj (makeResistorObj 440 3)) (resistorObj ‘show)
- 12. 複合データの操作を、型の一部として定 義する 複合データの実体生成も型の一部として定義 TASK(TaskMain) { // オブジェクト間のリンクを構築する lineTracer.colorJudgement = &colorJudgement; lineTracer.balanceRunner = &balanceRunner; colorJudgement.lightSensor = &lightSensor; balanceRunner.gyroSensor = &gyroSensor; balanceRunner.leftMotor = &leftMotor; balanceRunner.rightMotor = &rightMotor; // 各オブジェクトを初期化する LineTracer_init(&lineTracer); ColorJudgement_init(&colorJudgement); BalanceRunner_init(&balanceRunner); LightSensor_init(&lightSensor, NXT_PORT_S3); GyroSensor_init(&gyroSensor, NXT_PORT_S1); Motor_init(&leftMotor, NXT_PORT_C); Motor_init(&rightMotor, NXT_PORT_B); // 4ms周期で、ライントレーサにトレース走行を依頼する while(1) { LineTracer_trace(&lineTracer); systick_wait_ms(4); } }
- 13. 複合データの操作を、型の一部として定 義する 複合データの実体生成も型の一部として定義 TASK(TaskMain) { // オブジェクト間のリンクを構築する lineTracer.colorJudgement = &colorJudgement; lineTracer.balanceRunner = &balanceRunner; colorJudgement.lightSensor = &lightSensor; balanceRunner.gyroSensor = &gyroSensor; balanceRunner.leftMotor = &leftMotor; balanceRunner.rightMotor = &rightMotor; // 各オブジェクトを初期化する LineTracer_init(&lineTracer); ColorJudgement_init(&colorJudgement); BalanceRunner_init(&balanceRunner); LightSensor_init(&lightSensor, NXT_PORT_S3); GyroSensor_init(&gyroSensor, NXT_PORT_S1); Motor_init(&leftMotor, NXT_PORT_C); Motor_init(&rightMotor, NXT_PORT_B); // 4ms周期で、ライントレーサにトレース走行を依頼する while(1) { LineTracer_trace(&lineTracer); systick_wait_ms(4); } } TASK(TaskMain) { // オブジェクトの生成・初期化とオブジェクト間のリンク構築 Motor leftMotor(NXT_PORT_C); Motor rightMotor(NXT_PORT_B); GyroSensor gyroSensor(NXT_PORT_S1); LightSensor lightSensor(NXT_PORT_S3); BalanceRunner balanceRunner(&gyroSensor, &leftMotor, &rightMotor); ColorJudgement colorJudgement(&lightSensor); LineTracer lineTracer(&colorJudgement, &balanceRunner); // 4ms周期で、ライントレーサにトレース走行を依頼する while (true) { lineTracer.trace(); ::systick_wait_ms(4); } }
- 15. 直角三角形の平行移動 type Point = { x : int; y : int; } type RightTriangle = { mutable vertex1 : Point; mutable vertex2 : Point; mutable vertex3 : Point; } let makeRightTriangle (leftBottom : Point) (height : int) (baseLen : int) = { vertex1 = leftBottom vertex2 = { leftBottom with y = leftBottom.y + height } vertex3 = { leftBottom with x = leftBottom.x + baseLen } } let rt1 = makeRightTriangle { x = 10; y = 0 } 30 40 let doSomething (rt : RightTriangle) = ... // 20だけ右に並行移動 rt.vertex1 <- { rt.vertex1 with x = rt.vertex1.x + 20 } // ★ rt.vertex2 <- { rt.vertex2 with x = rt.vertex2.x + 20 } rt.vertex3 <- { rt.vertex3 with x = rt.vertex3.x + 20 } ★の行を実行した時点では、rt は 直角三角形ではない！
- 18. 例）「抵抗」の型を機能拡張する場合 type resistor = { value : int32; colorCode : string [] } let showColorCode (r : resistor) = ... // ★ let sum (r1 : resistor) (r2 : resistor) : int32 = r1.value + r2.value // ★★ 定格電力（power limit）を指定して、印可可能な 最大電圧を計算できるようにしたい！
- 19. 例）「抵抗」の型を機能拡張する場合 type resistor = { value : int32; colorCode : string [] } let showColorCode (r : resistor) = ... // ★ let sum (r1 : resistor) (r2 : resistor) : int32 = r1.value + r2.value // ★★ type resistorEx = { value : int32; colorCode : string [] powerLimit : int; } or type resistorEx = { base : resistor; powerLimit : int; } let showColorCodeEx (r : resistorEx) = ... let sum (r1 : resistor) (r2 : resistor) : int32 = … ★や★★と全く同じコードを 書かなければいけない！ かといって、既存のコードを 直接書き換えたくない。
- 20. 例）「抵抗」の型を機能拡張する場合 type resistor(v:int32, cc:string []) = class let valueV = v let colorCodeV = cc member this.value = vaueV; member this.colorCode = colorCodeV; member this.sum(r2 : resistor) : int32 = this.value + r2.value ... end } type resistorEx(v:int32, cc:string [], pl:int) = class inherit resistor(v, cc) let powerLimitV = pl member this.powerLimit = powerLimitV end resistorEx 型の値（オブジェクト; クラスのインスタンス）に対して は、value, colorCode, sum() を呼 び出せる。
- 22. F# の場合 > let mul x y = x * y;; val mul : x:int -> y:int -> int > let mul (x:'a) (y:'a) = x * y;; val mul : x:int -> y:int -> int > mul:('a -> 'a -> 'a) = (*);; stdin(xx,xx): warning FS0064: This construct causes code to be less generic than indicated by the type annotations. The type variable 'a has been constrained to be type 'int'. 四則演算を行う関数を定義しようと すると、int 型に型推論されてしま い、総称関数を作れない！
- 23. F# の場合 こうすれば OK。 let inline mul (x:'a) (y:'a) : 'a = x * y;; val inline mul : x: ^a -> y: ^a -> ^a when ^a : (static member ( * ) : ^a * ^a -> ^a) > let muli:(int -> int -> int) = mul;; val muli : (int -> int -> int) > let mulf:(float -> float -> float) = mul;; val mulf : (float -> float -> float) > muli 3 5;; val it : int = 15 > mulf 3. 5.;; val it : float = 15.0 > mul 3 5;; val it : int = 15 > mul 3. 5.;; val it : float = 15.0
- 24. Haskell の場合 Prelude> :set +m Prelude> data Point = P { x :: Float, y :: Float } Prelude> let p1 = P { x = 3.0, y = 4.0 } Prelude> let p2 = P { x = 5.0, y = 6.0 } Prelude> p1 + p2 <interactive>:5:4: No instance for (Num Point) arising from a use of `+' Possible fix: add an instance declaration for (Num Point) In the expression: p1 + p2 In an equation for `it': it = p1 + p2 Prelude> instance Num Point where (P x1 y1) + (P x2 y2) = (P (x1 + x2) (y1 + y2)) ※ '*', 'abs', 'signum', 'fromInteger' が定義されていないという警告が出る。 Prelude> let p3 = p1 + p2 Prelude> x p3 8.0 Prelude> y p3 10.0
- 25. haskell.org の Wiki にある Polymorphism の説明 http://www.haskell.org/haskellwiki/Polymorphism OO 言語で使われる inclusion polymorphism と subtyping についても言及
- 26. Wikipedia の関連ページ Polymorphism (computer science) http://en.wikipedia.org/wiki/Polymorphism_(computer_science) Subtyping http://en.wikipedia.org/wiki/Inclusion_polymorphism SOLID (object-oriented design) http://en.wikipedia.org/wiki/SOLID_(object-oriented_design)
- 32. （データ）型とは 値や対象を分類・区別する性質 同じ型の値には同じ操作を適用できる 型の持つ性質は、操作で変わらない 例：整数（integer）の場合 integer 型を「自然に」扱え るのは、数の体系が適切に 定められているからです！ 注意：数値の演算結果が数値に ならない例外ケースも規定され ています。 例： ゼロ除算, √-1, log(-1) ←JavaScript では NaN で扱う。 （NaN; Not a Number)