Slide 1 - Programa de Pós-Graduação em Sistemas e Computação

Universidade Estadual de Santa Cruz
Conceitos de Linguagens de Programação
Aluno: Pedro Arthur M. Nascimento
Ilhéus-Ba, 05 de Novembro de 2012

O projeto de linguagens funcionais é baseado em funções
matemáticas

Programação com alto nível de abstração

Forte fundamentação teórica, o que permite mais
facilmente provas de propriedades sobre os programas

Linguagens funcionais, especialmente as puramente
funcionais, tem sido mais usadas academicamente que
no desenvolvimento comercial de software

Importantes influências na programação funcional foram
o
cálculo
lambda,
as
linguagens
de
programação
APL
e
Lisp,
e
mais
recentemente ML, Haskell e F#

As expressões são a representação exata da
informação;

As expressões podem ser associadas a nomes;

Todos os nomes que de uma expressão tem um
valor único e imutável;

Os valores dependem dos valores das subexpressões que as constituem;

Não permite efeito colateral em funções, a
linguagem oferece transparência referencial.


Década de 1930:
Alonzo Church desenvolve o cálculo lambda,
uma teoria de funções simples, mas poderosa


Década de 1950:
John McCarthy desenvolve Lisp, a primeira
linguagem funcional,com algumas influências
do cálculo lambda, mas mantendo as
atribuições de variáveis.


Década de 1960:
Peter Landin desenvolve ISWIM, a primeira
linguagem funcional pura, baseada
fortemente no cálculo lambda, sem
atribuições.

Década de 1970: John Backus desenvolve FP,
uma linguagem funcional que enfatiza funções
de ordem superior e raciocínio sobre programas.

Robin Milner e outros desenvolvem ML, a
primeira linguagem funcional moderna, que
introduziu a inferência de tipos e tipos
polimórficos.

1987: Um comitê internacional de
pesquisadores inicia o desenvolvimento de
Haskell, uma linguagem funcional lazy
padrão.

2003: O comitê publica o relatório Haskell 98,
a definição de uma versão estável da
linguagem Haskell.

2009: O comitê publica o relatório Haskell
2010, uma revisão da definição da linguagem
Haskell.

O cálculo lambda pode ser considerado a primeira
linguagem de programação funcional, embora nunca
tenha sido projetada para ser realmente executada em um
computador

Um programa funcional e composto por uma única
expressão

Essa expressão deve descrever detalhadamente uma
funcao e um elemento do dominio daquela funcão

A reducão de um programa consiste em substituir uma
parte da expressao original, obedecendo a certas regras
de reescrita;


Expressões lambda são aplicadas aos
parâmetros colocando os parâmetros após a
expressão(λ(x) x * x * x)(2),que é avaliado
como sendo 8.
Outro exemplo: seja F a expressão X + 5,
sendo X uma variável;
▪ Essa expressão é indeterminada, no sentido que a
variável X está livre para assumir qualquer valor
arbitrário;

Substituição:


[ X ← 4 ] resulta na expressão 4 + 5;
Abstração:

A abstração λX.F, ou seja, λX.(X + 5), denota a
função matemática que, para cada valor de X,
associa o valor X + 5;


Aplicação:

Nessa expressão, a variável X não está mais
livre para assumir um valor arbitrário;
Um sistema de reduções deve permitir que se
produza a sequencia de expressões


λX.(X + 5) 4 =>
4 + 5 => 9;



As propriedades de confluência e terminação garantem
que qualquer sequencia de reduções deve levar ao
mesmo resultado final;
Diferentes estratégias para organizar essas sequencias,
entretanto, podem levar a sequencias menores para λtermos específicos;
Duas estratégias fundamentais:
 De dentro para fora (a priori);


Do inglês Eager (gananciosa);
De fora para dentro (sob demanda);

Do inglês Lazy (sossegada);

De fora pra dentro(a priori)

De fora para dentro (sob demanda)

Características:

De dentro para fora (a priori):




Implementação mais simples;
Pode ocorrer de tentativas infinitas de
reduções;
Interpretadores e compiladores mais
compactos;
De fora para dentro (sob demanda):


Resultados intermediários;
Função, durante a redução,
computacionalmente difícil ou demorada;
Função: Regra para mapear elementos de um
conjunto (conjunto domínio) em outro
conjunto (conjunto imagem / contradomínio)
– cubo(x) ≡ x * x * x, em que x é um número
real
• O símbolo “≡”, indica “definido como”.
• O parâmetro x pode representar qualquer
elemento do conjunto domínio.

Forma funcional ou função de ordem
superior: toma funções como parâmetros,
produz uma função como seu resultado, ou
ambos.
 Formas Funcionais:
– Composição de funções
– Construção
– Apply-To-All

Composição de funções, onde uma função
mais complexa é composta de funções mais
simples.
• h ≡ f °g (indica que h é função composta de f
e g)
• f(x) ≡ x + 2
• g(x) ≡ 3 * x
• h(x) ≡ f ( g (x))), ou h (x) ≡ (3 * x) + 2

Construção, forma funcional que toma lista
de funções como parâmetros e aplica esta a
um determinado argumento.
• g(x) ≡ x * x
• h(x) ≡ 2 * x
• i(x) ≡ x / 2
• [g,h,i](4) produz (16,8,2)

É uma forma funcional que toma uma única
função como parâmetro e se aplica a uma
lista de argumentos, gerando uma lista como
saída
Forma: α
Para h (x) ≡ x * x
α( h, (2, 3, 4)) produz (4, 9, 16)


Uma caracteristica muito importante da programação funcional é
a construção de definições. Uma lista de definições chama-se
script. Exemplo de script:

square x = x * x

somaEmult x y = 3 * (x + y)

No script acima duas funções, square e somaEmult foram
definidas. A função square toma um valor x e o multiplica por ele
mesmo. A função somaEmult devolve a soma de seus argumentos
multiplicada por 3. Nota-se que as funções foram definidas através
de equações e que uma definição pode ser considerada como uma
definição lógica de como a função se comporta. Em outras
palavras, uma definição funcional pode ser vista como uma
especificação do problema.
Tendo criado scripts pode-se usá-los em uma
avaliação no computador.
 Exemplos:
> square (2 + 3)
25
> somaEmult 1 2
9
> square (somaEmult 2 4)
324
O objetivo de uma definição é ligar um nome a um valor.
No script anterior, por exemplo, o nome square é
associado a uma função que eleva um valor ao
quadrado.





Família de linguagens de programação
concebida por John McCarthy em 1958.
A mais antiga e mais amplamente usada.
LISP – List Processing (a lista é a estrutura de
dados fundamental desta linguagem).
Com exceção da primeira versão, todos os
dialetos incluem algumas características de
linguagens imperativas:Variáveis,instruções
de atribuição,iteração.
LISP é versátil e poderosa.
LISP foi desenvolvida para computação simbólica e
aplicações de processamento de listas.
 Editor de texto escrito em LISP: EMACS
 Cálculos simbólicos: MACSYMA
 Ensino introdutório de programação.
 LISP na Inteligência Artificial:
● Sistemas Especialistas.
● Representação do conhecimento.
● Aprendizado de máquina.
● Processamento de linguagem natural.
● Sistemas de treinamento inteligente.
● Modelagem da fala e visão.
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Funções como:
QUOTE (evita a avaliação de um parâmetro)
CAR (retorna o primeiro elemento de uma
lista)
CRD (Retorna o restante da lista depois que o
seu CAR é removido).
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
Scheme: Dialeto do LISP, surgiu no MIT
na década de 70.
– Interpretador scheme é um laço infinito de
leitura-avaliação-escrita.
– Outras funções:
• CONS e LIST (construtores de lista)
• EQ?, NULL? e LIST?, avaliam e retornam
valores
booleanos (#T e #F).
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APL: Muitos aspectos funcionais
FP: semelhante a APL
Common LISP: junção de recursos de LISP e
Scheme
Permite o uso da função PROG, para
sequenciar instruções, como em uma
linguagem imperativa
Possui rótulos e funções GO e RETURN para
controle de iteração.
Linguagem Imperativas
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Execução eficiente
Semântica Complexa
Sintaxe complexa
Concorrência é formulada pelo programador
Na programação imperativa o programador
deve fazer uma divisão estática do programa em
suas partes concorrentes, e escrever estas partes
como novas tarefas.
Entender
programas
concorrentes
em
linguagens imperativas é muito mais difícil.
Linguagens Funcionais
Semântica simples
Sintaxe simples
Execução ineficiente
Programas podem ser feitos concorrentes de maneira
automática
 A recursão é a forma das linguagens funcionais para
representar iterações. A recursão não é característica de
algumas linguagens imperativas.
 Programas funcionais podem ser convertidos em grafos e
então executados por um processo de redução de grafos
• Na programação funcional a regra é definir funções em
função deoutras funções. Na definição procedural, as
regras são definidas por passos a serem executados.
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
Um alto nível de abstração, especialmente quando as
funções são utilizadas, suprimindo muitos detalhes da
programação e minimizando a probabilidade da
ocorrência de muitas classes de erros.

A não dependência das operações de atribuição permite
aos programas avaliações nas mais diferentes ordens. Esta
característica de avaliação independente da ordem torna
as linguagens funcionais as mais indicadas para a
programação de computadores massissamente paralelos.

A ausência de operações de atribuição torna os programas
funcionais muito mais simples para provas e análises
matemáticas do que os programas procedurais.

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Menor eficiência.
Problemas que envolvam muitas variáveis
(ex. contas de banco) ou muitas atividades
seqüenciais são muitas vezes mais fáceis de
se trabalhar com programas procedurais ou
programas orientados a objeto.

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
–[SEB00] SEBESTA, R. Conceitos de
Linguagens de Programação . 4. ed.
Bookman, 2000.
Flavio Miguel Varejao; Linguagens de
Programação - Conceitos e Técnicas.
Slides do professor Marcelo Honda