Введение в Clojure (Margincon 2010)

Язык Clojure
Небольшое введение

Alex Ott

http://alexott.net

MarginCon 2010

Alex Ott (alexott@gmail .com) Язык Clojure MarginCon 2010 1 / 34

О чем пойдет речь?

1 Что такое Clojure?

2 Основы языка

3 Взаимодействие с Java

4 Конкурентное программирование

5 Clojure в реальной жизни

6 Источники информации


Что такое Clojure?
Lisp’ообразный язык, созданный Rich Hickey.
Анонсирован в 2007-м году.
Спроектирован для работы на существующих
платформах – JVM и .Net (в разработке)
Функциональный язык с неизменяемыми, по
умолчанию, данными
Упор на поддержку конкурентного
выполнения кода
Открытый исходный код и либеральная
лицензия


Причины создания нового языка
Lisp, но не отягощенный совместимостью с
предыдущими версиями/диалектами
Неизменяемость данных и больший упор на ФП
Поддержка конкурентного программирования на
уровне языка
Лучшая интеграция с целевыми платформами
по сравнению с прямым переносом
существующих языков


Основные возможности

Динамически-типизированный язык
Простой синтаксис, как у всех Lisp’ов
Поддержка интерактивной разработки
Спроектирован в терминах абстракций
Метапрограммирование
Мультиметоды и протоколы (версия 1.2)
Компилируется в байт-код целевых платформ
Доступ к большому количеству существующих библиотек


Отличия от других Лиспов

Измененный синтаксис, с меньшим кол-вом скобок
Изменения в наименовании
Больше ﬁrst-class структур данных – отображения (map), наборы
(set), вектора
Неизменяемые, по умолчанию, данные
Связывание мета-данных с переменными и функциями
Ленивые коллекции
Нет поддержки макросов для процедуры чтения
Регистро-зависимые имена
Отсутствие tail call optimization (ограничение JVM) – явные циклы
loop/recur
Исключения вместо сигналов и рестартов


Базовые типы данных

Целые числа произвольного размера – 14235344564564564564
Рациональные числа – 26/7
Вещественные числа – 1.2345 и BigDecimals – 1.2345M
Строки (String из Java) – "hello world"
Буквы (Character в Java) – a, b, . . .
Регулярные выражения – #"[abc]*"
Boolean – true и false
nil – также как null в Java, не является пустым списком как в
Lisp
Символы (symbol) – test, var1, . . .
Ключевые символы (keywords) – :test, :hello, . . .


Структуры данных
Отдельный синтаксис для разных коллекций:
Списки – (1 2 3 "abc")
Вектора – [1 2 3 "abc"]
Отображения (maps) – {:key1 1234 :key2 "value"}
Наборы (sets) – #{:val1 "text" 1 2 10}
Последовательность – абстракция для работы со всеми
коллекциями (в том числе и классов Java/.Net)
Общая библиотека функций для работы с последовательностями
Ленивые операции над последовательностями
Вектора, отображения, наборы сами являются функциями –
упрощение доступа к данным
Стабильные (persistent) коллекции
“Переходные” (transients) коллекции – оптимизация
производительности
defstruct – оптимизация отображений для объявления сложных
структур

Синтаксис языка

Простой синтаксис – программа как структуры данных
Процедура чтения (reader) преобразует программу в структуры
данных
Все объекты представляют сами себя за исключением символов и
списков
Символы связывают значение с “переменной”
Списки рассматриваются как формы, которые могут быть:
Специальной формой – def, let, if, loop, . . .
Макросом
Функцией, или выражением, которое приводится к функции (maps,
keywords, . . . )


Пример кода

( defn f i b o
( [ ] ( concat [1 1] ( f i b o 1 1)))
([ a b]
( l e t [ n (+ a b ) ]
( l a z y −s e q ( c o n s n ( f i b o b n ) ) ) ) ) )
( t a k e 100000000 ( f i b o ) )

( defn vrange2 [ n ]
( loop [ i 0
v ( transient [])]
( i f (< i n )
( recur ( inc i ) ( conj ! v i ))
( persistent ! v ))))


Функции

Функции как ﬁrst-class objects
Возможность разного кол-ва аргументов в функциях
Определение функций: defn – top-level функции, fn – анонимные
функции
Упрощенный синтаксис для анонимных функций – #(code).
Например:
(map #(.toUpperCase %) ["test" "hello"])
(map #(vector %1 %2) [1 2 3] [4 5 6])
Возможность задания тестов и pre/post-условий в метаданных.
Например,
( d e f n c o n s t r a i n e d −s q r [ x ]
{ : p r e [ ( pos ? x ) ] : p o s t [( > % 1 6 ) , (< % 2 2 5 ) ] }
(∗ x x ) )

Функция компилируется в отдельный класс Java

Метапрограммирование и макросы

Макрос получает на вход код и возвращает новый код, который
будет откомпилирован
Очень большая часть языка написана с помощью макросов
Также как и функции, могут иметь переменной число аргументов
Код можно генерировать с помощью функций для работы со
списками, но удобней пользоваться quasi-quote – ‘ и операторами
подстановки – , и ~@
Суффикс # в именах используется для генерации уникальных
имен
macroexpand-1 & macroexpand – средства отладки


Примеры макросов

Стандартный макрос when:
( d e f m a c r o when
[ t e s t & body ]
( l i s t ’ i f t e s t ( c o n s ’ do body ) ) )
при следующем использовании
( when ( pos ? a )
( p r i n t l n " p o s i t i v e ") (/ b a ) )
раскроется в:
( i f ( pos ? a )
( do
( p r i n t l n " p o s i t i v e ")
(/ b a ) ) )


Примеры макросов

Стандартный макрос and
( d e f m a c r o and
( [ ] true )
([ x] x)
( [ x & next ]
‘ ( l e t [ and# ~x ]
( i f and# ( and ~@next ) and # ) ) ) )
раскрывается в разные формы, в зависимости от числа аргументов:
user> ( macroexpand ’ ( and ) ) == t r u e
>
user> ( macroexpand ’ ( and (= 1 2 ) ) ) == (= 1 2 )
>
user> ( macroexpand ’ ( and (= 1 2 ) (= 3 3 ) ) ) ==>
( let∗ [ and__4457__auto__ (= 1 2)]
( if and__4457__auto__
( c l o j u r e . c o r e / and (= 3 3))
and__4457__auto__ ) )

Полиморфизм и мультиметоды

Расширяемость
Мультиметоды не привязаны к типам/классам
Диспатчеризация на основании нескольких параметров
Решение принимается на основании результата функции
диспатчеризации
Отличается от CLOS – отсутствие :before, :after, . . .
defmulti – аналог defgeneric.
Определяется как ( defmulti func−name dispatch−fn) + набор
определений конкретных методов (через defmethod)


Пример мультиметодов

Простой пример диспатчеризации по классу:
−e
( d e f m u l t i m xample c l a s s )
−e
( d e f m e t h od m x a m p l e S t r i n g [ t h i s ]
( p r i n t l n " This i s s t r i n g ’" t h i s " ’"))
−e
( d e f m e t h od m x a m p l e j a v a . u t i l . C o l l e c t i o n [ t h i s ]
( p r i n t " This i s c o l l e c t i o n ! " ) )
и получим при запуске:
−e
(m x a m p l e " H e l l o " ) == " T h i s i s s t r i n g ’ H e l l o ’ "
>
−e
(m x a m p l e [ 1 2 3 ] ) == " T h i s i s c o l l e c t i o n ! "
>
−e
(m x a m p l e ’ ( 1 2 3 ) ) == " T h i s i s c o l l e c t i o n ! "
>


Более сложный пример диспатчеризации

( defmulti encounter
( fn [ x y ] [ ( : Species x ) ( : Species y ) ] ) )
( d e f m e t h od e n c o u n t e r [ : Bunny : L i o n ] [ b l ] : run−away )
( d e f m e t h od e n c o u n t e r [ : L i o n : Bunny ] [ l b ] : e a t )
( d e f m e t h od e n c o u n t e r [ : L i o n : L i o n ] [ l 1 l 2 ] : f i g h t )
( d e f m e t h od e n c o u n t e r [ : Bunny : Bunny ] [ b1 b2 ] : mate )
( d e f b1 { : S p e c i e s : Bunny } )
( d e f b2 { : S p e c i e s : Bunny } )
( def l 1 { : S p e c i e s : Lion })
( def l 2 { : S p e c i e s : Lion })

( encounter b1 b2 ) ==> : mate
( encounter b1 l1 ) ==> : run−away
( encounter l1 b1 ) ==> : eat
( encounter l1 l2 ) ==> : fight


Протоколы и типы данных

Введены в версии 1.2
Быстрее чем мультиметоды
Позволяют написать Clojure in Clojure
Диспатчеризация только по типу данных
Похожи на type classes в Haskell
Создают соответствующие интерфейсы для Java
defrecord & deftype объявляют новые типы данных
extend-protocol & extend-type связывают протокол с типами
данных (не только объявленными в Clojure!)
reify – для реализации протоколов и интерфейсов для
“одноразовых” типов


Пример протоколов

( d e f p r o t o c o l H e l l o " Test of p r o t o c o l "
( h e l l o [ t h i s ] " h e l l o function "))

( d e f r e c o r d B [ name ] H e l l o
( h e l l o [ t h i s ] ( s t r " H e l l o " ( : name t h i s ) " ! " ) ) )
( h e l l o (B . " U s e r " ) ) == " H e l l o U s e r ! "
>

( e x t e n d −p r o t o c o l H e l l o S t r i n g
( hello [ this ] ( str " Hello " this "!")))
( h e l l o " w o r l d " ) == " H e l l o w o r l d ! "
>

( e x t e n d −p r o t o c o l H e l l o j a v a . l a n g . O b j e c t
( h e l l o [ t h i s ] ( s t r " H e l l o ’" t h i s
" ’ ! (" ( type t h i s ) " ) " ) ) )
( h e l l o 1 ) == " H e l l o ’ 1 ’ ! ( c l a s s j a v a . l a n g . I n t e g e r ) "
>


Прочее
Метаданные – #^{} в 1.0 и 1.1 или просто ^{} в 1.2
Опциональная спецификация типов (type hints) – #^Type или
^Type
Спецификация тестов прямо в объявлении функции
Управление областью видимости
Программный доступ к метаданным
Не влияют на равенство (equality) значений
Пространства имен (namespaces)
First-class objects
Используются для организации кода в библиотеки
Деструктуризация параметров функций и возвращаемых значений
( l e t [ [ a b & c : as e ] [1 2 3 4 ] ] [ a b c e ] )
== [ 1 2 ( 3 4 ) [ 1 2 3 4 ] ]
>
( l e t [ { : k e y s [ a b c ] : a s m : o r {b 3}} { : a 5 : c 6 } ]
[ a b c m] ) == [ 5 3 6 { : a 5 : c 6 } ]
>


Взаимодействие с Java
Двухстороннее взаимодействие с целевой платформой:
Создание экземпляров классов Java – new или Class.
Вызов кода, написанного на Java – ., .., doto
Генерация классов и интерфейсов для вызова из Java –
gen-class, gen-interface, proxy (анонимный класс)
Возможность выполнения кода Clojure из программ на Java
Отдельные функции для работы с массивами Java
make-array – создание массивов
aget/aset – доступ к элементам массивов
amap/areduce – итерация по элементам массивов
memfn позволяет использовать функции-члены классов в map,
filter, . . .
Спец. форма set! для установки значений в классе
Генерация и перехват исключений – throw & catch


Примеры
Создание объектов:
( new j a v a . u t i l . Date ) <== ( j a v a . u t i l . Date . )
>
Доступ к полям/функциям членам классов:
( . s u b s t r i n g " H e l l o World " 0 5 ) == " H e l l o "
>
( . " H e l l o World " s u b s t r i n g 0 5 ) == " H e l l o "
>
Math/ PI == 3 . 1 4 1 5 9 2 6 5 3 5 8 9 7 9 3
>
( I n t e g e r / p a r s e I n t " 4 2 " ) == 42
>
.. для связанных вызовов:
( . . System g e t P r o p e r t i e s ( g e t " o s . name " ) ) == "Mac
>
System . g e t P r o p e r t i e s ( ) . g e t ( " o s . name " )
doto – вызов нескольких методов для одного объекта:
( d o t o ( j a v a . u t i l . HashMap . )
( . p u t " a " 1 ) ( . p u t "b" 2 ) )


Конкурентное программирование
Средства, обеспечивающие изменяемость данных:
Ссылки (refs) – синхронное, координированное изменение
Агенты (agents) – асинхронное, независимое
Атомы (atoms) – синхронное, независимое
Переменные (vars) – изменение, локальное для нитей
@ (deref) – используется для доступа к данным
Параллельное выполнение кода:
futures
pmap & pcalls
Native threads
Средства синхронизации – promise


Ссылки & STM

Координированное изменение данных из нескольких потоков
Software Transaction Memory обеспечивает атомарность,
целостность, изоляцию
Изменения происходят только в рамках транзакции
Возможность проверки данных с помощью функции-валидатора
Возможность добавления функций-наблюдателей

( def counters ( r e f {}))
( d e f n get −c o u n t e r [ k e y ]
( @counters key 0))
( d e f n i n c r e m e n t −c o u n t e r [ k e y ]
( dosync
( a l t e r c o u n t e r s a s s o c key
( i n c ( @counters key 0 ) ) ) ) )


Агенты

Асинхронное обновление данных – “ﬁre and forget”
Пулы потоков для выполнения функций обновления данных: send
– для “быстрого” обновления данных, send-off – для “тяжелых”
функций (отдельный пул потоков выполнения)
send & send-off получают функцию, которая будет применена к
текущему состоянию агента
Функции-валидаторы и функции-наблюдатели
Возможность ожидания окончания всех заданий агента

( def acounters ( agent {}))
( d e f n i n c r e m e n t −a c o u n t e r [ k e y ]
( send a c o u n t e r s a s s o c key
( i n c ( @counters key 0 ) ) ) )
( d e f n get −a c o u n t e r [ k e y ]
( @acounters key 0))

Vars & Атомы
Атомы
Синхронное изменение данных без координации
Изменение данных производится функцией, которая применяется к
текущему значению
Функция может быть вызвана несколько раз, если кто-то уже
изменил значение
Функция не должна иметь побочных эффектов!
Vars
Обеспечивают изменение данных в рамках текущего потока
binding связывает новые значения с символами
Изменения затрагивают все вызываемые из текущего потока
функции
Будьте осторожны с ленивыми последовательностями!
( def ∗ var ∗ 5)
( defn foo [ ] ∗ var ∗)
( f o o ) == 5 >
( b i n d i n g [ ∗ v a r ∗ 1 0 ] ( f o o ) ) == 10
>

Параллельное выполнение кода
future
выполняет заданный код в отдельном потоке
@ – для доступа к результатам выполнения кода
@ блокирует текущий поток, если нет результатов
promise
используется для синхронизации между потоками данных
deliver устанавливает значение
@ читает установленное значение или блокирует выполнение, если
оно не установлено
pmap & pcalls – выгодно использовать только для “тяжелых”
функций обработки данных.


Clojure в реальной жизни
Инфраструктура и инструментальная поддержка:
Среды разработки
Средства сборки
Библиотеки
Репозитории кода
Clojure/core – коммерческая поддержка, консультации и т.п.
Использование в коммерческих проектах
Источники информации


Инфраструктура: IDE и средства сборки
Поддержка в большинстве IDE:
Emacs + SLIME (самый популярный)
VimClojure
NetBeans
Eclipse
IntelliJ IDEA
Утилиты сборки кода:
Поддержка Clojure в Maven и Ant
Leiningen – написан на Clojure, расширяемый и очень простой в
использовании


Инфраструктура: библиотеки и репозитории

Доступ к большому набору существующих библиотек
Clojure-speciﬁc libraries:
Clojure-Contrib
Compojure
ClojureQL
Incanter
и другие – см. http://clojars.org
Репозитории:
build.clojure.org
clojars.org


Использование в коммерческих проектах
Зарубежные проекты:
FlightCaster
ThinkRelevance
Runa
Sonian Networks
BackType
DRW Trading Group
Snowtide Informatics Systems, Inc. - проект DocuHarvest
ThorTech Solutions
Несколько российских стартапов используют Clojure:
ООО "Моделирование и Технологии"
Security Technology Research (http://setere.com)


Основные:
Сайт проекта – http://clojure.org
Planet Clojure – http://planet.clojure.in
Канал #clojure на freenode.net
Проект labrepl (http://github.com/relevance/labrepl) –
учебная среда для изучения языка
Try-Clojure (http://www.try-clojure.org/) – работа с кодом
используя только Web-браузер
Русскоязычные ресурсы:
Русская планета ФП – http://fprog.ru/planet/
clojure at conference.jabber.ru
Clojure форум на http://lisper.ru
Мой сайт – http://alexott.net/ru/clojure/


Книги:
Programming Clojure – 2009-й год, версия 1.0
Practical Clojure. The Deﬁnitive Guide – 2010, версия 1.2
The Joy of Clojure (beta)
Clojure in Action (beta)
Clojure Programming on Wikibooks
Clojure Notes on RubyLearning
Видео-лекции и скринкасты
Группы пользователей по всему миру
Учебные курсы (пока только в США и Европе)


Спасибо за внимание

Вопросы


Введение в Clojure (Margincon 2010)

Recommended

More Related Content

What's hot (18)

Viewers also liked (6)

Similar to Введение в Clojure (Margincon 2010) (20)

Введение в Clojure (Margincon 2010)