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engine: julia
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# Arbeit mit Julia: REPL, Pakete, Introspection
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```{julia}
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#| error: false
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#| echo: false
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#| output: false
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using InteractiveUtils
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import QuartoNotebookWorker
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Base.stdout = QuartoNotebookWorker.with_context(stdout)
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myactive_module() = Main.Notebook
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Base.active_module() = myactive_module()
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# https://github.com/JuliaLang/julia/blob/master/base/show.jl#L516-L520
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# https://github.com/JuliaLang/julia/blob/master/base/show.jl#L3073-L3077
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```
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## Dokumentation
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Die offizielle Julia-Dokumentation [https://docs.julialang.org/](https://docs.julialang.org/) enthält zahlreiche Übersichten, darunter:
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- [https://docs.julialang.org/en/v1/base/punctuation/](https://docs.julialang.org/en/v1/base/punctuation/) Verzeichnis der Symbole
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- [https://docs.julialang.org/en/v1/manual/unicode-input/](https://docs.julialang.org/en/v1/manual/unicode-input/) Verzeichnis spezieller Unicode-Symbole und deren Eingabe in Julia via Tab-Vervollständigung
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- [https://docs.julialang.org/en/v1/manual/mathematical-operations/#Rounding-functions](https://docs.julialang.org/en/v1/manual/mathematical-operations/#Rounding-functions) Liste mathematischer Funktionen
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## Julia REPL (Read - Eval - Print - Loop)
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Nach dem Start von Julia in einem Terminal kann man neben Julia-Code auch verschiedene Kommandos eingeben
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:::{.narrow}
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| Kommando | Wirkung |
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| :----------------------------| :------------------------ |
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| `exit()` oder `Ctrl-d` | exit Julia |
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| `Ctrl-c` | interrupt |
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| `Ctrl-l` | clear screen |
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| Kommando mit `;` beenden | Ausgabe unterdrückt |
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| `include("filename.jl")` | Datei mit Julia-Code einlesen und ausführen |
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Der REPL hat verschiedene Modi:
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| Modus | Prompt | Modus starten | Modus verlassen |
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| :- | :- | :- | :- |
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| default| `julia>` | | `Ctrl-d` (beendet Julia) |
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| Package manager | `pkg>` | `]` | `backspace` |
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| Help | `help?>` | `?`| `backspace `|
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|Shell | `shell>` | `;` | `backspace`|
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:::
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## Jupyter-Notebooks (IJulia)
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In einem Jupyter-Notebook sind die Modi sind als Einzeiler in einer eigenen Input-Zelle nutzbar:
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(i) ein Kommando des Paket-Managers:
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```{julia}
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#| eval: false
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] status
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```
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(ii) eine Help-Abfrage:
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```{julia}
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#| eval: false
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?sin
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```
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(iii) Ein Shell-Kommando:
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```{julia}
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#| eval: false
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;ls
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```
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## Der Paketmanager
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Wichtiger Teil des _Julia Ecosystems_ sind die zahlreichen Pakete, die Julia erweitern.
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- Einige Pakete sind Teil jeder Julia-Installation und müssen nur mit einer `using Paketname`-Anweisung aktiviert werden.
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- Sie bilden die sogenannte _Standard Library_ und dazu gehören
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- `LinearAlgebra`, `Statistics`, `SparseArrays`, `Printf`, `Pkg` und andere.
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- Über 9000 Pakete sind offiziell registriert, siehe [https://julialang.org/packages/](https://julialang.org/packages/).
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- Diese können mit wenigen Tastendrücken heruntergeladen und installiert werden.
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- Dazu dient der _package manager_ `Pkg`.
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- Man kann ihn auf zwei Arten verwenden:
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- als normale Julia-Anweisungen, die auch in einer `.jl`-Programmdatei stehen können:
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```
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using Pkg
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Pkg.add("PaketXY")
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```
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- im speziellen pkg-Modus des Julia-REPLs:
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```
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] add PaketXY
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```
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- Anschließend kann das Paket mit `using PaketXY` verwendet werden.
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- Man kann auch Pakete aus anderen Quellen und selbstgeschriebene Pakete installieren.
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### Einige Funktionen des Paketmanagers
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| Funktion | `pkg` - Mode | Erklärung |
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|:------------------------|:--------------------------| :-------------------------------------------------------|
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| `Pkg.add("MyPack")` | `pkg> add MyPack` | add `MyPack.jl` to current environment |
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| `Pkg.rm("MyPack")` | `pkg> remove MyPack` | remove `MyPack.jl` from current environment |
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| `Pkg.update()` | `pkg> update` | update packages in current environment |
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| `Pkg.activate("mydir")` | `pkg> activate mydir` | activate directory as current environment |
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| `Pkg.status()` | `pkg> status` | list packages |
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| `Pkg.instantiate()` | `pg> instantiate` | install all packages according to `Project.toml` |
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### Installierte Pakete und Environments
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- Julia und der Paketmanager verwalten
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1. eine Liste der mit dem Kommando `Pkg.add()` bzw. `]add` explizit installierten Pakete mit genauer Versionsbezeichnung in einer Datei `Project.toml` und
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2. eine Liste aller dabei auch als implizite Abhängigkeiten installierten Pakete in der Datei `Manifest.toml`.
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- Das Verzeichnis, in dem diese Dateien stehen, ist das `environment` und wird mit `Pkg.status()` bzw. `]status` angezeigt.
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- Im Normalfall sieht das so aus:
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```
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(@v1.10) pkg> status
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Status `~/.julia/environments/v1.10/Project.toml`
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[6e4b80f9] BenchmarkTools v1.5.0
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[5fb14364] OhMyREPL v0.5.24
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[91a5bcdd] Plots v1.40.4
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[295af30f] Revise v3.5.14
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```
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- Man kann für verschiedene Projekte eigene `environments` benutzen. Dazu kann man entweder Julia mit
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```shell
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julia --project=path/to/myproject
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```
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starten oder in Julia das environment mit `Pkg.activate("path/to/myproject")` aktivieren. Dann werden `Project.toml, Manifest.toml` dort angelegt und verwaltet. (Die Installation der Paketdateien erfolgt weiterhin irgendwo unter `$HOME/.julia`)
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### Zum Installieren von Paketen auf unserem Jupyter-Server `misun103`:
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- Es gibt ein zentrales Repository, in dem alle in diesem Kurs erwähnten Pakete bereits installiert sind.
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- Dort haben Sie keine Schreibrechte.
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- Sie können aber zusätzliche Pakete in Ihrem `HOME` installieren. Dazu ist als erster Befehl nötig, das aktuelle Verzeichnis zu aktivieren:
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```{julia}
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#| eval: false
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] activate .
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```
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(Man beachte den Punkt!)
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Danach können Sie mit `add` im Pkg-Modus auch Pakete installieren:
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```{julia}
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#| eval: false
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] add PaketXY
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```
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Achtung! Das kann dauern! Viele Pakete haben komplexe Abhängigkeiten und lösen die Installation von weiteren Paketen aus. Viele Pakete werden beim Installieren vorkompiliert. Im REPL sieht man den Installationsfortschritt, im Jupyter-Notebook leider nicht.
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## Der Julia JIT _(just in time)_ Compiler: Introspection
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Julia baut auf die Werkzeuge des _LLVM Compiler Infrastructure Projects_ auf.
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:::{.narrow}
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Stages of Compilation
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| stage & result | introspection command |
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| :--- | :--- |
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|Parse $\Longrightarrow$ Abstract Syntax Tree (AST) | `Meta.parse()` |
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| Lowering: transform AST $\Longrightarrow$ Static Single Assignment (SSA) form | `@code_lowered`|
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| Type Inference | `@code_warntype`, `@code_typed` |
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| Generate LLVM intermediate representation | `@code_llvm`|
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| Generate native machine code | `@code_native` |
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|
:::
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```{julia}
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function f(x,y)
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z = x^2 + log(y)
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return 2z
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|
end
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```
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```{julia}
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|
p = Meta.parse( "function f(x,y); z=x^2+log(y); return 2x; end ")
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```
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```{julia}
|
|
using TreeView
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|
walk_tree(p)
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```
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```{julia}
|
|
@code_lowered f(2,4)
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|
```
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|
```{julia}
|
|
@code_warntype f(2,4)
|
|
```
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|
|
```{julia}
|
|
@code_typed f(2,4)
|
|
```
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|
|
```{julia}
|
|
@code_llvm f(2,4)
|
|
```
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|
|
```{julia}
|
|
@code_native f(2,4)
|
|
```
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