Archivio mensile:febbraio 2016

Scala e Pattern Matching

Ultimamente ho iniziato a giocare con Scala, passato agli onori della cronaca per essere il linguaggio con cui è scritto Apache Spark, uno dei motori di data-processing più in voga nel mondo dei Big Data (e che ha soppiantato da tempo Pig e altre tecnologie basate su Map&Reduce).

Uno degli aspetti più interessanti, riguarda la possibilità di usare dei Pattern di Matching per tipo (sia scalare che su oggetti) per evitare le righe e righe di codice di instanceof , type ,if-else, o semplicemente realizzare la tanto agognata switch basata su stringhe. Altro utilizzo molto interessante del Pattern Matching potrebbe essere quello di eseguire diverse azioni sulla base del tipo di dato incontrato, durante il traversal di strutture composite, come ad esempio un DOM Xml.

Quello che in Java si scrive con diverse if, in Scala si riduce all’essenziale.
Il seguente pezzo di codice, definisce una funziona X che torna una stringa ed accetta qualsiasi tipo di dato in input (Any in scala è l’equivalente di Object) . Un Esempio classico è quello della decodifica dei parametri passati come argomento al nostro main.

def parseMainArgument(arg:String) = arg match{
  case "--help" | "-h" => displayHelpMessage
  case "--log"  | "-l" => showLog
  case "--verbose" | "-v" => setVerbose
  case _  => showArgumentNotFound
}

Il carattere underscore “_” sta a significare il valore di default, quando nessuno dei suddetti viene invocato, quindi nella switch sopra descritta, sta a rappresentare il caso “else”..

Un esempio di utilizzo di più valori nel match:

def myDecodeParam(funcName: String, value: Any) = (funcName,value) match{
   case ("test",val) => test(val)
   case ("log",msg) => log("messaggio:"+msg)
}

Altro aspetto interessante dei match, è la possibilità di analizzare i tipi di dati, ad esempio:

def myfunc(x:Any):String = x match{
   case i:Int => ""+ i + "è un Intero"
   case d:Double => "" + d + "+ un Double"  
   case s:String => s+ " è una Stringa"
}

Un utilizzo frequente è quello tramite le Case Classes.
Le Case Classes sono classi regolari che esportano in automatico i parametri del costruttore e che è possibile poi scomporre e analizzare attraverso il Pattern Matching. Le Case Classes non richiedono l’utilizzo della new, ed il compilatore genera in automatico il metodo “equals” ed il “toString”.

Un esempio classico, riportato anche dalla documentazione, è quello della definizione di classi case per la scomposizione e risoluzione di formule matematiche, ma che è facile poi utilizzare per creare un DSL applicativo.
In questo esempio definiamo una serie di case classes che descrivono operazioni matematiche che vengono svolte in quello che definiamo un ambiente di test, un insieme di valori che assumono le variabili del calcolo. Invece di usare una collection per la definizione delle variabili, lo facciamo utilizzando le funzioni. La notazione

{case "x" => 5}

ad esempio crea una funzione che quando riceve x in input ritorna il valore “5”.
la sua definizione è :

type NomeFunzione = String => Int

dove String è l’input, e Int l’output.

In questo esempio usiamo anche i Traits,cioè i tratti, le caratteristiche da aggiungere alle classi. Sono interfacce con la possibilità di avere implementazioni parziali.

trait Espressione {
    def decodifica(caso:AmbienteTest.Ambiente) : String = {
      this match {        
        case Somma (a,b) => "(" + a.decodifica(caso) +" + " + b.decodifica(caso) + ")"
        case Sottrai (a,b) => "(" + a.decodifica(caso) +" - " + b.decodifica(caso) + ")"        
        case Moltiplica (a,b) => "(" + a.decodifica(caso) +" * " + b.decodifica(caso) + ")"
        case Dividi (a,b) => "(" + a.decodifica(caso) +" / " + b.decodifica(caso) + ")"        
        case Variabile(x) => "" + caso(x)
        case Costante(n) => "" + n
      }
    }
   
    def risolvi(caso:AmbienteTest.Ambiente) : Int = {
      this match {  
        case Somma (a,b) =>a.risolvi(caso) + b.risolvi(caso)
        case Sottrai (a,b) =>a.risolvi(caso) - b.risolvi(caso)
        case Moltiplica (a,b) =>a.risolvi(caso) * b.risolvi(caso)
        case Dividi (a,b) =>a.risolvi(caso) / b.risolvi(caso)
        case Variabile(x) => caso(x)
        case Costante(n) =>  n
      }
    }
   
}

case class Somma (a:Espressione, b:Espressione) extends Espressione
case class Sottrai (a:Espressione, b:Espressione) extends Espressione
case class Moltiplica (a:Espressione, b:Espressione) extends Espressione
case class Dividi (a:Espressione, b:Espressione) extends Espressione
case class Variabile (x:String) extends Espressione
case class Costante (n:Int) extends Espressione
package object  AmbienteTest {type Ambiente =  String => Int}

object ExpressionDecoder {
  def main(args:Array[String]){
     val myTest:AmbienteTest.Ambiente = {case "x"=>1  case "y"=>2}
     val exp:Espressione =Sottrai(Moltiplica(Somma(Somma(Costante(5),Variabile("x")),Variabile("y")),Costante(2)),Variabile("x"))
     println("Espressione: "+exp.decodifica(myTest));
     println("Risultato: "+exp.risolvi(myTest));
  }
 
}

Il risultato in console dell’esecuzione del codice sopra esposto è:

Espressione: ((((5 + 1) + 2) * 2) - 1)
Risultato: 15

Come possiamo vedere, i pattern matching con Scala, aprono tutta una serie di alternative alla programmazione per “IF” , arrivando a rendere più snello e leggibile il nostro codice.