Skript-Sprachen

Teil 7
Skript-Sprachen
Perl
Python
Tcl/Tk
Prof. Dr. Gerhard Goos, Dr. Sabine Glesner
Höhere Programmiersprachen WS 2003/04
1
Inhaltsübersicht HPS WS 2003/04
- Grundlagen (1,2)
- Konzepte imperativer Programmiersprachen (2,3)
- Deklarative Programmiersprachen (4)
- Objektorientierte Programmiersprachen (5,6)
- Programmierung von Smart Cards: Java Card (7)
- Wissenschaftliches Rechnen: Fortran (8)
- Wirtschaftsanwendungen: Cobol (8, 9)
- Skriptsprachen (9)
- Formale Semantik
- Operationale Semantik mit ASMs (10)
- Operationale Semantik mit natürlicher Semantik und SOS (11)
- Denotationelle Semantik (12, 13)
- Axiomatische Semantik (14)
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2
Aufgaben
●
Historisch:
(1) Textdateiverarbeitung
(2) Steuerung und Kopplung von Programmen
●
Zusätzlich heute:
(a) Benutzerschnittstellenentwicklung
(b) Prototypentwicklung
(c) Softwarekonfiguration
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3
Geschichte
●
Zuerst: Steuerbefehle von Hand eingegeben (Operateur) oder
am Beginn eines Programms (Kartenstapel)
●
Job Description Language (JCL auf OS 360/MVS) ab 1963 Verkettung von
Programmläufen (Chain-Jobs) gesteuert durch Ergebniswert
●
Vorrangsteuerung
,,System``-Variable (z.B. Cobol Dateinamen) zur Steuerung des EA-Verhaltens
●
●
Flexibilisierung
●
Wartbarkeit
●
interaktive Benutzeroberfläche von Teilnehmersystemen
(Multics, MTSS, TSOS, BS 2000) seit 1966/7
●
Bourne-Shell auf UNIX (1971ff.):
interaktiv, Programme abspeicherbar als „Skripten“
●
Skripten für Texteditoren wie ed, sed, awk, ...
●
Skripten für graphische Werkzeuge wie Tk
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4
Prinzipien von Skript-Sprachen
●
●
●
●
●
●
●
●
●
Einfache Programmiersprache
Ziel: Dateibearbeitung
Operation = Programm
●
aus Effizienzgründen auch eingebaute Operationen
Operand = Datei, Zahl, Text
Variable: Behälter für beliebige Texte
●
häufig nur flache Gültigkeitsbereiche, keine Schachtelung
Ablaufsteuerung:
●
sequentielle Ausführung
●
asynchrone Ausführung (fork) mit/ohne Endemeldung
●
Koroutinen (UNIX-pipe)
Unterprogramm = Programm in eigener Datei
●
parametrisiert mit Texten $1, $2, ... von der Kommandozeile
Prinzip der Standard-Eingabe/Ausgabe/Fehlerausgabe
●
umlenkbar auf beliebige Dateien (Multics, UNIX)
Ausführung interpretativ (neuerdings auch übersetzt, vorübersetzt)
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5
(1) Eine MULTICS/UNIX-Errungenschaft:
Universeller Dateityp Text
Alle Dateien sind Bytefolgen, als Text interpretierbar
●
●
also keine Systemunterstützung für index-sequentielle Organisation
●
jedoch Zugriff auf Puffer (rohe EA) und byteweise Adressierung
unterstützt
bearbeitbar mit Texteditor
●
●
+ kein spezielles Werkzeug abhängig vom Dateityp nötig
●
- semantische Konsistenz der Bearbeitung nicht überprüft
Ein/Ausgaben mit wenigen Ausnahmen als Text, nicht binär
●
●
●
plattformunabhängig, da ASCII/ISO-8859-*/Unicode-verschlüsselt
die Microsoft-Errungenschaft: proprietäre Codierung des Zeilenwechsels
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6
(1) Dateibearbeitung (ed)
Kommandosyntax: [address[,address]]command [parameter]
Semantik: Wende das Kommando auf die adressierten Zeilen (inklusive) an
1,$s/r/R/
1,$s/r/R/g
/abc/p
?abc?p
5d
.,+3d
.j
#
#
#
#
#
#
#
substitutiere R für erstes r auf jeder Zeile
substituiere R für alle r
suche vorwärts nach Zeile mit ''abc'' und drucke
das gleiche rückwärts
lösche Zeile 5 (mit Umnumerieren)
lösche aktuelle Zeile bis dritte nachfolgende Zeile
hänge nachfolgende Zeile hinten an aktuelle Zeile an
● Gebrauch des ed heute: einfachster, kleinster interaktiverTexteditor unter UNIX
● Für Skripten sed oder awk benutzen
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7
(1) Reguläre Ausdrücke
In Suchmustern bedeuten
●
.
beliebiges Zeichen
●
^
Zeilenanfang
●
$
Zeilenende
●
\c
Sonderzeichen, z.B. \$: das Dollarzeichen
●
[... ] Menge alternativer Zeichen
z.B. [124], [1-9],[A-Z0-9], [^0-9]: alle Zeichen außer 0-9
●
*
●
\{m,n\} vorangehendes Zeichen mindestens m, maximal n-mal
●
\(...\)Klammerung
beliebig häufiges Vorkommen des vorangehenden Zeichens
einer Teilfolge - 2-te Teilfolge ist anschließend \2
Posix: weitere Zusätze
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8
(1) awk
● Bislang: Bearbeitung von Text als Folge von Zeichen
– Zeilenorientierte Sicht: reguläre Ausdrücke auf Zeile einzeln
angewendet
– Tabellarisch abgespeicherte Daten erfordern Spaltenbegriff
● awk ermöglicht diese Sicht
Zeilen-Zerteiler mit C-ähnliche Ausgabemöglichkeiten
Beispiel:
datei:
Neumann Rainer
Löwe
Welf
Uni-Karlsruhe
Uni-Karlsruhe
awk -F\t´{print $2}´ datei
Rainer
Welf
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9
(2) Filter und Ströme
● Spezielle Dateien: Standardeingabe, Standard- und Fehlerausgabe
● Kopplung von Programmen über Ströme von Puffern
● Abarbeitung der Programme mit Koroutinen
● Pufferung
● Dateibearbeitungswerkzeuge zur Bearbeitung der Ströme
● (eingeschränkt) einsetzbar
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10
(1) und (2) Beispiel: Umlautersetzung
● Aufgabe: Umwandlung ae → ä, AE → Ä, Ae → Ä, sz → ß, usw.
● Aufruf (Skript):
sed -n -f umpr $1 >/tmp/$$uml
mv /tmp/$$uml $1
● sed-Skript umpr
s/ae/Ä/g
s/oe/ö/g
s/ue/ü/g
s/Ae/Ä/g
s/Oe/Ö/g
s/Ue/Ü/g
s/AE/Ä/g
s/OE/Ö/g
s/UE/Ü/g
s/sz/ß/g
s/\([ae]\)ü/\1ue/g
s/Öttinger/Oettinger/g s/aßin/aszin/g
s/\([AE]\)Ü/\1UE/g
s/trü$/true/g
s/\([aA]\)uß/\1uszu/g
s/tüll/tuell/g
s/trü /true /g
s/uß\(auo\)/usz\1/g
s/TÜLL/TUELL/g
s/\([aAeEqQ]\)ü/\1ue/g s/\([b-df-hj-np-tv-z]\)ß/\1sz/g
s/\([zZ]\)ürst/\1uerst/g
s/ikröle/ikroele/g
s/gß/gsz/g
s/\([nN]\)öther/\1oether/g s/ongrün/ongruen/g
s/außu/aus\{\}zu/g
s/Thü/Thue/g
s/ogün/oguen/g
s/\([Kk]\)öffiz/\1oeffiz/g
s/Göthe/Goethe/g
s/logü/logue/g
s/lß/ls"-z/g
s/GÖTHE/GOETHE/g
s/glü /glue /g
s/ußei/us"-zei/g
s/\([Ss]\)öben/\1oeben/g
s/sgü/sgue/g
p
s/onflün/onfluen/g
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(2) Shell-Programmierung
●
Automatischer Ablauf von Programmfolgen
●
Kopplung von Programmen (Bedingte Aufrufe, Ströme)
●
Nebenläufigkeit
●
Umgebungsvariablen
●
Dynamische Befehlserzeugung (eval)
●
Wiederverwendung?
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(1) und (2)
Perl - Practical Extraction and Report Language
● Ziele und Einsatzgebiete:
– Textfilter (wie sed, awk, ...)
– Berichterstellung
– Common Gateway Interface (CGI) Programme (www Server)
– Komplexe Automatisierungsaufgaben (Konfiguration von Programmen)
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Entwurfsgedanken zu Perl
● Grundlegende Programmierereigenschaften:
– Faulheit und Ungeduld
● Demnach müssen Programme:
– kurz und schnell zu erstellen sein
– keine überflüssigen Anweisungen enthalten
– schnell zu testen sein
– einfache Aufgaben leicht machen,
ohne komplexe Aufgaben unmöglich zu machen
● Problem:
– Lesbarkeit und damit Wartbarkeit von Programmen
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RSA Verschlüsselung
#!/bin/perl
-sp0777i<X+d*lMLa^*lM%0]dsXx++lMlN/dsM0<j]
dsj$/=unpack(‘H*‘,$_);S_=`echo 16dio\U$k“SK
$/SM$n\EsN0p[1N*11K[d2%Sa2/d0$^Ixp“|dc`;
s/\W//g;$_=pack(‘H*‘,/((..)*)$/)
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Typen
(Skalare) Werte - beginnend mit $
Reihungszugriffe - beginnend mit @
Assoziative Reihungen - beginnend mit %
Beispiele:
●
$a ist „{x->1, y->2}“
●
@a[2] ist „a->1“
●
%a = {x->1, y->2}
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Operationen
● Operationen werden in einem Kontext ausgeführt
● Kontext:
– Skalarer Kontext (z.B. boolescher Kontext, Void-Kontext)
– Listenkontext
– Interpolativer Kontext
– Objektkontext
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Standardmodule und -bibliotheken
Modul
File
Term
Text
Math
Tie
Funktionen
Basename, ChckTree, Copy, Find, Path
Cap, Complete
Abbrev, ParseWords, Tabs
BigFloat, BigInt, Complex
Hash, StdHash, SubstrHash, Socket, Net, Time, I18N, POSIX
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Beliebte Fehler
● Operatoren können sich im Listenkontext anders verhalten als in skalarem
Kontext
– Zuweisungen
– Vergleiche
● Namen können für Funktionen oder Literale stehen (kontextabhängig)
● Seiteneffekte von Operatoren, Funktionen
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Erfahrungen
● Jedes Skript fängt einmal klein an
● (Kleine) Skripten sind selbsterklärend
● Jedes Skript wird größer ... und
noch größer
● Ein großes Skript führt zur Unkündbarkeit des Autors
 Skripten dürfen nur disziplinierte Profis schreiben
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(1) und (2) Python
● Python angelehnt an Modula-3
● wesentlich besser lesbar,
daher wesentlich besser wartbare Programme
● sonst vergleichbare Leistung wie Perl:
Module, Objektorientierung, umfangreiche Bibliotheken
●
für Einführungen vgl. z.B. die Unterlagen in der Linux-Dokumentation
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(a) und (b) Benutzerschnittstellen und
Prototypen
● Problem:
Erstellung von grafischen Benutzerschnittstellen mit X11 kompliziert
Prototypen bestehen zu großen Teilen aus Benutzerschnittstellen
(ohne echte Funktionalität)
● Ziel:
Einfache Erstellung von X11 Anwendungen
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(a) X11-Hauptprogramm
Widget MyXApplicationShell;
Widget *MyXApplicationShellWidgets
= (Widget *) NULL;
main(unsigned int argc, char * argv[]) MyXApplicationShell =
XtInitialize(argv[0],argv[0],NULL,0,&argc,argv);
MyXApplicationShellWidgets =
MyXApplicationShellLayout(MyXApplicationShell);
XtRealizeWidget(MyXApplicationShell); XtMainLoop();
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(a) X11-Argumentvektoren
n = 0;
XtSetArg(args[n],XmNleftAttachment,XmATTACH_FORM); n++;
XtSetArg(args[n],XmNrightAttachment,XmATTACH_FORM); n++;
XtSetArg(args[n],XmNtopWidget,fdEditField); n++;
XtSetArg(args[n],XmNtopAttachment,XmATTACH_WIDGET); n++;
XtSetArg(args[n],XmNtopOffset,5); n++;
separator = XmCreateSeparator(fdEntryEditor,sepName,args,n);
XtManageChild(separator);
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(a) X11
Erzeugen von Dialogfenstern
n = 0;
XtSetArg(args[n],XmNdialogStyle,XmDIALOG_FULL_APPLICATION_MODAL);n++;
XtSetArg(args[n],XmNdialogTitle,XmStringLtoRCreate
('Edit entry ...', XmSTRING_DEFAULT_CHARSET));n++;
XtSetArg(args[n],XmNnoResize,TRUE);n++;
XtSetArg(args[n],XmNresizePolicy,XmRESIZE_NONE);n++;
XtSetArg(args[n],XmNautoUnmanage,FALSE);n++;
fdEntryEditor =
XmCreateFormDialog(MyXApplicationShell,fdEntryEditorRes,args,n);
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(a) Tk - Tool Kit für X-Windows
● Tk was [also] born out of frustration (J. K. Ousterhout)
● Grundidee:
– Vereinfachung wiederkehrender X11-spezifischer Aufgaben
label .l -text Label
button .b -text Button
checkbutton .c -text Checkbutton
radiobutton .r -text Radiobutton
pack .l .b .c .r
update
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(a) GUI-Programmierung
● Rückrufe(Callbacks)
● Ziel: Reaktion auf Benutzeraktionen
● Mögliche Implementierungen:
– Ereignisse (mit Warteschlangen, etc.)
– Prozedurvariable
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(a) Rückrufe (Callbacks) in Tk
● Skripte anstelle von Prozedurvariablen
● Spezielle Text-Muster für Ereignis-Daten
Beispiel:
button .b -text Test; pack .b
bind .b <Destroy> {
puts stdout {Window %W destroyed} }
bind .b <1> {
puts stdout {Mouse pressed at %x,%y} }
● Berechnung von Variablen, Ausdrücken?
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(b) Prototyp-Entwicklung
● Starte mit einem reinen Interpretierer
● Implementiere Funktionalität auf Basis der Skript-Sprache
● Stabile bzw. (in Tk) ineffiziente Funktionen in C, argc-argv-Schnittstelle für
Interpretierer
● Wiederhole letzteres bis zur Konvergenz
● Entferne Interpretiererkern und argc-argv-Schnittstellen
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(b) Tcl / Tk
Tcl (Tool Command Language) Skriptsprache mit
● Operationen für Zeichenketten und Listen
● Prozedurkonzept
● Zugriff auf Ausführungsstapel und Interpretierer (Meta-Informationen)
Idee: Relevante C-Fkt interaktiv verwendbar machen (argc-argv-Schnittstelle)
● Vorteile:
– Interaktive Verwendbarkeit
– Einfaches Testen
– Möglichkeit zum Ausprobieren
● Nachteile:
– Verlust von Typinformationen
– Variableninterpretation (Typanpassung)
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(b) und (c) Tcl-Interpretierermodell
● Kern besteht aus Funktionen
– zur Variablenverwaltung
– zur Zeichenketteninterpretation
– für die Aufrufkontextverwaltung
– zur Erzeugung von argc-argv-Aufrufen an unbekannte Funktionen
– zum An-/Abmelden zusätzlicher Funktionen
● Möglichkeit zur Integration von Interpretierer in Anwendungen
... zur Beschreibung der Benutzerschnittstelle
... zur dynamischen Konfiguration der Anwendung
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31
(a) und (b) Beispiel Sather-Tcl
● Sather bietet
– statische Typsicherheit
– effiziente Programme
– kaum Bibliotheken, insbesondere keine GUI-Bibliotheken
Implementierung der Programmlogik in Sather
Implementierung der GUI-Teile in Tcl/Tk
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(c) Tcl und Systemkonfiguration
● Problem:
– Starres, übersetztes System
– Leicht variierende Kundenwünsche
– Entwickler: Konfiguration nicht zu verwalten
● Lösung:
– Exportiere Objekte/Funktionen in eine Interpretierer-Schnittstelle.
– Verwende den Interpretierer bzw. die Skript-Sprache als
Konfigurationssprache
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(a), (b) und (c) Beispiele
● Erweiterung einer Anwendung um interaktive (oder skriptbasierte)
Steuerung
Beispiel: TclOBST
– Integration eines Tcl-Interpreters in einen OBST-Datenbankbrowser
Anwendungen:
– OBST-DB-Shell
– USE, die OBST Schema-Evolutionsumgebung
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Perl, Tcl/Tk und Python am gleichen
Beispiel: Perl
●
Perl
%map = ('1','Maier','2','Müller','3','Schmidt');
print "Eingabe einer Zahl (1, 2 oder 3):"; chop($x = <STDIN>);
if (1 <= $x && $x <=3){
print "Name für $x ist $map{$x}\n"
} else {
print "Falsche Eingabe\n"
}
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35
Perl, Tcl/Tk und Python am gleichen
Beispiel: Tcl/Tk
●
Tcl/Tk
wm title . "Auswahl"
wm minsize . 100 100
frame .buttons -borderwidth 15
pack .buttons -side top -fill x
button .buttons.quit -text Schließen -command exit
button .buttons.input -text Eingabe -command Print
pack .buttons.quit .buttons.input -side right
frame .f;
pack .f -side top
label .f.l -text "Eingabe einer Zahl (1,2 oder 3)"
entry .f.digit -width 5 -relief sunken
pack .f.l .f.digit -side left
text .output -width 50 -height 20 -bd 5 -relief raised
pack .output -side top
proc Print {} {
set list {Maier Müller Schmidt}
set c [.f.digit get]
if {$c >= 1 && $c <= 3} {
.output insert end [lindex $list [expr $c-1]]
.output insert end "\n"
} else {
.output insert end "falsche Eingabe\n"
}
}
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36
Perl, Tcl/Tk und Python am gleichen
Beispiel: Python
●
Python
map = { 1:"Maier", 2:"Müller", 3:"Schmidt"}
print("Eingabe einer Zahl (1, 2 oder 3):"),
x = input()
if map.has_key(x) : print(map[x])
else: print("Falsche Eingabe")
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37
(c) Anwendungen und
Konfigurationssprachen
● R/3 -- ABAP/4
● Microsoft Office - Visual Basic for Applications (VBA)
● StarOffice - StarBasic oder Java(Script)
● Rational Rose - Rose Basic
● Grundidee: Programmierbare Standardanwendungen
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38
(c) VBA
● Objektorientierter Basic-Dialekt
● Entstanden aus
Access-, Excel-, Word-Basic
● Anwendung ist Bibliothek lauffähiger Objekte
(z.B. Document, Application, Database, Worksheet, etc.)
● Ereignisorientiert
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39
(c) Power Point Macro
Sub Beispiel()
ActiveWindow.Selection.TextRange.
ParagraphFormat.Bullet.Visible=msoFalse
With ActiveWindow.Selection.ShapeRange
.Fill.Visible = msoTrue
.Fill.Solid
.Fill.ForeColor.RGB = RGB(255, 255, 153)
.Line.Visible = msoTrue
.Line.ForeColor.SchemeColor = ppForeground
.Line.BackColor.RGB = RGB(255, 255, 255)
.TextFrame.TextRange.Font.Name = "Courier New"
.TextFrame.TextRange.Font.Size = 24
End With
End Sub
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Zusammenfassung zu Skript-Sprachen
● Zielsetzung:
– Steuerung und Kopplung
– Prototypenentwicklung
– Konfiguration
● Konzepte:
– Schwache Typisierung
– Typisierung durch kontextabhängige Interpretation
– Bibliotheken im Mittelpunkt
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