Ohjelmoinnin peruskurssien laaja oppimäärä

Transkriptio

1 Ohjelmoinnin peruskurssien laaja oppimäärä Luento 10: Aliohjelmat, foreign function interface Riku Saikkonen (osa kalvoista on suoraan ei-laajan kurssin luennoista)

2 Sisältö 1 Aliohjelmien käyttäminen 2 Kielten sekoittaminen: foreign function interface

3 Aliohjelmat jotkut ohjelmat käynnistävät toisia ohjelmia aliohjelminaan syitä aliohjelmien käyttämiseen: valmiissa ohjelmassa on jo haluttu toiminto (joskus tosin olisi myös vastaava kirjasto) aliohjelmaa voi testata kokonaan erillään pääohjelmasta helppo tapa käyttää eri ohjelmointikieliä yhdessä helppo tapa tehdä rinnakkaisuutta aliohjelman voi hajauttaa eri koneelle (toisin kuin säikeen) useimmiten aliohjelma tekee jonkin selkeästi rajatun toiminnon tarkemmin rajatun kuin useimmmat kirjastot pää- ja aliohjelman välisen kommunikoinnin kannattaa olla yksinkertaista esimerkkejä: kuvatiedostoja voi skaalata ja konvertoida eri formaattiin ImageMagick-komentorivityökaluilla (tähän olisi kirjastojakin) jotkut selaimet tekevät nimipalvelukyselyt aliohjelmalla monet WWW-palvelimet ajavat sivuja tuottavaa koodia omissa aliohjelmissaan

4 Aliohjelman käynnistäminen Pythonissa aja komento ja odota että se loppuu: subprocess.call(['lp', 'foo.pdf']) aja komento taustalla: p = subprocess.popen(['sleep', '10'])... p.wait() aja komento ja lue sen syöte: out = subprocess.popen(['ls', '-l'], stdout=subprocess.pipe).communicate() aja komento ja kirjoita sille syötettä: p = subprocess.popen('gzip -c >x.txt.gz', stdin=subprocess.pipe, shell=true) p.communicate(inputstr) todellisuudessa pitää myös mm. tarkistaa paluuarvo ohje: muissa kielissä nämä ovat usein nimellä system ja popen C:stä ja Unixin toiminnoista ks. software/libc/manual/html_node/processes.html

5 (Ali)ohjelman kommunikointitavat 1/2 kaikilla käynnistetyillä ohjelmilla eli prosesseilla on: syötevirta (standard input, stdin = 0) tulostevirta (standard output, stdout = 1) virhetulostevirta (standard error, stderr = 2) paluuarvo lopettaessa (exit code, kokonaisluku 0127) prosessille voi lähettää signaalin (kokonaisluku noin 131) virtoja voi olla enemmänkin alla oleva toteutus: jätetään tiedostoja auki kun pääohjelma jakautuu pää- ja aliohjelmaksi useimmiten aliohjelman kanssa kommunikoidaan syöte- ja tulostevirroilla sekä paluuarvolla hyvin käyttäytyvä (ali)ohjelma kirjoittaa virheilmoituksensa stderr:iin eikä stdout:iin paluuarvo on yleensä 0 jos kaikki sujui hyvin virroilla voi tehdä kaksisuuntaista interaktiivisessa kommunikointia, mutta pitää muistaa puskurointi

6 (Ali)ohjelman kommunikointitavat 2/2 aliohjelman käynnistänyt ohjelma saa tiedon aliohjelman loppumisesta toteutettu signaalilla sekä wait-kutsulla joka saa paluuarvon Pythonissa subprocess.popen:n palauttaman olion wait-metodi odottaa aliohjelman loppumista poll-metodi kertoo, onko aliohjelma vielä hengissä send_signal-metodi lähettää aliohjelmalle signaalin Pythonin signal-moduulilla voi käsitellä saatuja signaaleja esimerkkejä aliohjelmien käytöstä: inkscape /share/extensions/perspective.py epydoc-3.0.1/epydoc/cli.py ja util.py

7 Erilliset ohjelmat joskus ohjelmat kommunikoivat keskenään ilman että pääohjelma on käynnistänyt aliohjelman erona edelliseen pitää löytää toinen ohjelma ja muodostaa yhteys kommunikointia varten usein käytetään joko verkkoyhteyksiä tai koneen sisäisiä yhteyksiä (esim. Unix domain socket) tai esim. käyttöliittymäkirjaston/työpöytäympäristön palveluita joskus myös käynnistää toinen ohjelma tarvittaessa käyttöjärjestelmissä on palveluita, jotka käynnistävät sellaisia pyydettäessä (Linuxissa esim. inetd ja D-Bus)

8 Sisältö 1 Aliohjelmien käyttäminen 2 Kielten sekoittaminen: foreign function interface

9 melkein kaikissa ohjelmointikielissä on tapa liittää samaan ohjelmaan toisen kielen koodia melkein aina C/C++-kielien kautta esim. Python-ohjelma kutsuu C-funktiota tai C-funktio kutsuu Python-koodia myös esim. käyttöjärjestelmän C:llä tehtyjä kirjastoja kutsutaan samaan tapaan kuin omaa C-koodia useimmiten esim. Pythonilla tehty pääohjelma kutsuu yksittäisiä C-funktioita toisen kielen rajapinta C:n käyttöön on nimeltään foreign function interface (FFI) poikkeus: muutamat kielet sopivat yhteen suoremmin esim. C ja C++ sekä Java ja muut Javan virtuaalikonetta käyttävät kielet

10 Argumentit ja paluuarvot 1/2 suurin vaikeus kielten yhteiskäytössä on argumenttien välitys esim. toisen kielen merkkijono ei ole sama kuin C:n merkkijono samoin paluuarvot tapa 1: C:n tyypit toisessa kielessä natiivien arvojen lisäksi kielessä voi tehdä C-kielisiä arvoja yleensä niillä voi tehdä paljon vähemmän kuin natiiveilla arvoilla: tarkoitettu lähinnä C-funktioiden käyttöön esim. Pythonin ctypes-moduulin ctypes.c_int(42) tekee C-kokonaisluvun tapa 2: toisen kielen tyypit C:ssä C-kielinen koodi näkee toisen kielen arvoja (yleensä osoittimia, joita käsitellään tietyillä C-funktioilla) tässä mitä tahansa C-koodia ei voi kutsua suoraan: vain sellaista, joka ymmärtää näitä toisen kielen tyyppejä useimmiten kutsuttavat C-funktiot tekevät tyyppimuunnoksia ja lopulta kutsuvat tavallisia C-funktioita

11 Argumentit ja paluuarvot 2/2 tapa 3: automaattiset tyyppikonversiot kuten tapa 1, mutta C-kielen arvoja ei käsitellä erikseen, vaan kerrotaan vain C-funktioiden tyypit ja toisen kielen toteutus tekee konversiot taustalla tätä on usein helppo käyttää ongelmia: osaa yleensä konvertoida vain tiettyjä tyyppejä; joskus tekee turhaa konversiotyötä yleensä kielissä on ainakin tapa 1, usein kaikki kolmekin esimerkkejä FFI:n käytöstä Pythonissa: tapa 1: python /lib/uuid.py tapa 2: pygame-1.8.1release/src/key.c

12 Kielten yhteiskäytön hankaluuksia useimmiten kielten tyyppien väliset muunnokset aiheuttavat kopiointia esim. taulukosta joudutaan usein tekemään kopio monimutkaisten tyyppien muuntaminen on hankalaa mm. oliot, funktiot ja kokoelmatyypit (esim. dict) yleensä joko muunnos pitää tehdä käsin tai automaattisessa muunnoksessa ei näy kaikkea (esim. metodeja) tai toimii vain tietynlaisille arvoille (esim. taulukko jonka kaikki alkiot ovat samantyyppisiä) muistinhallinta pitää yleensä tehdä käsin eli C-koodin pitää itse vapauttaa varaamansa muisti paitsi jos tekee toisen kielen arvoja (tapa 2 edellä) rinnakkaisuus on hankalaa tai huonosti määritelty ei kannata muuttaa samaa dataa eri säikeestä ja eri kielestä

13 Käytännön ohjeita koska argumentit yleensä kopioidaan, kannattaa tarkistaa että niissä on vain tarvittava data funktioargumentteja kannattanee välttää, vaikka ne useimmiten periaatteessa toimivat kannattaa pitää kielten välinen rajapinta mahdollisimman selkeänä ja yksinkertaisena jos tekee C-koodin itse, koodista tulee selkeämpää jos pyrkii tekemään yleiskäyttöisen C-kirjaston eikä tee C-koodia tarkasti toisen kielen koodin ehdoilla tyypillisimmin FFI:tä käytetään kutsumaan jo olemassaolevaa C:llä tehtyä kirjastoa kannattaa pyrkiä yhdistämään toinen kieli C:hen ei siis esim. yhdistää Pythonia ja Schemeä samaan ohjelmaan sillä se on hankalampaa (vaikka periaatteessa mahdollista) varsinkin tähän aliohjelmien käyttäminen on helpompi ratkaisu

14 Toinen tapa: sulautettu tulkki toinen tapa FFI:n sijaan: esim. C:llä tehty ohjelma voi sisältää Python-tulkin, jolla se ajaa Python-koodia eli toisen kielen tulkki on sulautettuna (embedded) ohjelmaan näin päin tehdään yleensä jos toista kieltä käytetään ohjelman laajentamiseen tai kongurointiin yleisimpiä sulautettavia kieliä: Scheme (osa toteutuksista toimii paremmin), Python ja Perl peleissä Lua (helppo sulauttaa) selaimissa JavaScript (tarvitaan muutenkin) joskus sovelluksen oma kieli (esim. Emacs Lisp) käytetään esim. tukemaan toisilla kielillä tehtyjä plugineja selaimia voi usein laajentaa JavaScriptilla Gimp-kuvankäsittelyohjelmaa voi laajentaa Schemellä, Pythonilla tai Perlillä Gnomen Hearts-pelin teköälyjä voi tehdä Pythonilla (ennen Lua)