Миран Липовача - Изучай Haskell во имя добра!

• Название: Изучай Haskell во имя добра!
• Автор: Миран Липовача
• Жанр: Программирование
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-94074-749-9

На взгляд автора, сущность программирования заключается в решении проблем. Программист всегда думает о проблеме и возможных решениях – либо пишет код для выражения этих решений.

Язык Haskell имеет множество впечатляющих возможностей, но главное его свойство в том, что меняется не только способ написания кода, но и сам способ размышления о проблемах и возможных решениях. Этим Haskell действительно отличается от большинства языков программирования. С его помощью мир можно представить и описать нестандартным образом. И поскольку Haskell предлагает совершенно новые способы размышления о проблемах, изучение этого языка может изменить и стиль программирования на всех прочих.

Ещё одно необычное свойство Haskell состоит в том, что в этом языке придаётся особое значение рассуждениям о типах данных. Как следствие, вы помещаете больше внимания и меньше кода в ваши программы.

Вне зависимости от того, в каком направлении вы намерены двигаться, путешествуя в мире программирования, небольшой заход в страну Haskell себя оправдает. А если вы решите там остаться, то наверняка найдёте чем заняться и чему поучиться!

Эта книга поможет многим читателям найти свой путь к Haskell.

Отображения, монады, моноиды и другое!

Всё сказано в названии: «Изучай Хаскель во имя добра!» – весёлый иллюстрированный самоучитель по этому сложному функциональному языку.

С помощью оригинальных рисунков автора, отсылке к поп-культуре, и, самое главное, благодаря полезным примерам кода, эта книга обучает основам функционального программирования так, как вы никогда не смогли бы себе представить.

Вы начнете изучение с простого материала: основы синтаксиса, рекурсия, типы и классы типов. Затем, когда вы преуспеете в основах, начнется настоящий мастер-класс от профессионала: вы изучите, как использовать аппликативные функторы, монады, застежки, и другие легендарные конструкции Хаскеля, о которых вы читали только в сказках.

Продираясь сквозь образные (и порой безумные) примеры автора, вы научитесь:

• Смеяться в лицо побочным эффектам, поскольку вы овладеете техниками чистого функционального программирования.

• Использовать волшебство «ленивости» Хаскеля для игры с бесконечными наборами данных.

• Организовывать свои программы, создавая собственные типы, классы типов и модули.

• Использовать элегантную систему ввода-вывода Хаскеля, чтобы делиться гениальностью ваших программ с окружающим миром.

Нет лучшего способа изучить этот мощный язык, чем чтение «Изучай Хаскель во имя добра!», кроме, разве что, поедания мозга его создателей.

Миран Липовача (Miran Lipovača) изучает информатику в Любляне (Словения). Помимо его любви к Хаскелю, ему нравится заниматься боксом, играть на бас-гитаре и, конечно же, рисовать. У него есть увлечение танцующими скелетами и числом 71, а когда он проходит через автоматические двери, он притворяется, что на самом деле открывает их силой своей мысли.

---

addThree :: Int –> Int –> Int –> Int

addThree x y z = x + y + z

Параметры разделены символами –>, и здесь нет никакого различия между параметрами и типом возвращаемого значения. Возвращаемый тип – это последний элемент в объявлении, а параметры – первые три.

Позже мы увидим, почему они просто разделяются с помощью символов –>, вместо того чтобы тип возвращаемого значения как-то специально отделялся от типов параметров (например, Int, Int, Int –> Int или что-то в этом духе).

Если вы хотите объявить тип вашей функции, но не уверены, каким он должен быть, то всегда можно написать функцию без него, а затем проверить тип с помощью :t. Функции – тоже выражения, так что :t будет работать с ними без проблем.

Обычные типы в языке Haskell

А вот обзор некоторых часто используемых типов.

• Тип Int обозначает целое число. Число 7 может быть типа Int, но 7.2 – нет. Тип Int ограничен: у него есть минимальное и максимальное значения. Обычно на 32-битных машинах максимально возможное значение типа Int – это 2 147 483 647, а минимально возможное – соответственно, –2 147 483 648.

ПРИМЕЧАНИЕ. Мы используем компилятор GHC, в котором множество возможных значений типа Int определено размером машинного слова на используемом компьютере. Так что если у вас 64-битный процессор, вполне вероятно, что наименьшим значением типа Int будет –263, а наибольшим 263–1.

• Тип Integer обозначает… э-э-э… тоже целое число. Основная разница в том, что он не имеет ограничения, поэтому может представлять большие числа. Я имею в виду – очень большие. Между тем тип Int более эффективен. В качестве примера сохраните следующую функцию в файл:

factorial :: Integer –> Integer

factorial n = product [1..n]

Затем загрузите этот файл в GHCi с помощью команды :l и проверьте её:

ghci> factorial 50

30414093201713378043612608166064768844377641568960512000000000000

• Тип Float – это действительное число с плавающей точкой одинарной точности. Добавьте в файл ещё одну функцию:

circumference :: Float –> Float

circumference r = 2 * pi * r

Загрузите дополненный файл и запустите новую функцию:

ghci> circumference 4.0

25.132742

• Тип Double – это действительное число с плавающей точкой двойной точности. Двойная точность означает, что для представления чисел используется вдвое больше битов, поэтому дополнительная точность требует большего расхода памяти. Добавим в файл ещё одну функцию:

circumference' :: Double –> Double

circumference' r = 2 * pi * r

Загрузите дополненный файл и запустите новую функцию

ghci> circumference' 4.0

25.132741228718345

• Тип Bool – булевский. Он может принимать только два значения: True и False.

• Тип Char представляет символ Unicode. Его значения записываются в одинарных кавычках. Список символов является строкой.

• Кортежи – это типы, но тип кортежа зависит от его длины и от типа его компонентов. Так что теоретически количество типов кортежей бесконечно – а стало быть, перечислить их все в этой книге нет возможности. Заметьте, что пустой кортеж () – это тоже тип, который может содержать единственное значение: ().

Типовые переменные

Некоторые функции могут работать с данными разных типов. Например, функция head принимает список и возвращает его первый элемент. При этом неважно, что именно этот список содержит – числа, символы или вообще другие списки. Функция должна работать со списками, что бы они ни содержали.

Как вы думаете, каков тип функции head? Проверим, воспользовавшись командой :t.

ghci> :t head

head :: [a] –> a

Гм-м! Что такое a? Тип ли это? Мы уже отмечали, что все типы пишутся с большой буквы, так что это точно не может быть типом. В действительности это типовая переменная. Иначе говоря, a может быть любым типом.

Подобные элементы напоминают «дженерики» в других языках – но только в Haskell они гораздо более мощные, так как позволяют нам легко писать самые общие функции (конечно, если эти функции не используют какие-нибудь специальные свойства конкретных типов).

Функции, в объявлении которых встречаются переменные типа, называются полиморфными. Объявление типа функции head выше означает, что она принимает список любого типа и возвращает один элемент того же типа.

ПРИМЕЧАНИЕ. Несмотря на то что переменные типа могут иметь имена, состоящие более чем из одной буквы, мы обычно называем их a, b, c, d…

Помните функцию fst? Она возвращает первый компонент в паре. Проверим её тип:

ghci> :t fst

fst :: (a, b) –> a

Можно заметить, что функция fst принимает в качестве параметра кортеж, который состоит из двух компонентов, и возвращает значение того же типа, что и первый компонент пары. Поэтому мы можем применить функцию fst к паре, которая содержит значения любых двух типов.

Заметьте, что хотя a и b – различные переменные типа, они вовсе не обязаны быть разного типа. Сигнатура функции fst лишь означает, что тип первого компонента и тип возвращаемого значения одинаковы.

Классы типов

Класс типов – интерфейс, определяющий некоторое поведение. Если тип является экземпляром класса типов, то он поддерживает и реализует поведение, описанное классом типов. Более точно можно сказать, что класс типов определяет набор функций, и если мы решаем сделать тип экземпляром класса типов, то должны явно указать, что эти функции означают применительно к нашему типу.

Хорошим примером будет класс типов, определяющий равенство. Значения многих типов можно сравнивать на равенство с помощью оператора ==. Посмотрим на его сигнатуру:

ghci> :t (==)

(==) :: (Eq a) => a –> a –> Bool

Заметьте: оператор равенства == – это функция. Функциями также являются операторы +, *, –, / и почти все остальные операторы. Если имя функции содержит только специальные символы, по умолчанию подразумевается, что это инфиксная функция. Если мы захотим проверить её тип, передать её другой функции или вызвать как префиксную функцию, мы должны поместить её в круглые скобки.

Интересно… мы видим здесь что-то новое, а именно символ =>. Всё, что находится перед символом =>, называется ограничением класса. Мы можем прочитать предыдущее объявление типа следующим образом: «функция сравнения на равенство принимает два значения одинакового типа и возвращает значение типа Bool. Тип этих двух значений должен быть экземпляром класса Eq» (это и есть ограничение класса).

Класс типа Eq предоставляет интерфейс для проверки на равенство. Каждый тип, для значений которого операция проверки на равенство имеет смысл, должен быть экземпляром класса Eq. Все стандартные типы языка Haskell (кроме типов для ввода-вывода и функций) являются экземплярами Eq.

ПРИМЕЧАНИЕ. Важно отметить, что классы типов в языке Haskell не являются тем же самым, что и классы в объектно-ориентированных языках программирования.

У функции elem тип (Eq a) => a –> [a] –> Bool, потому что она применяет оператор == к элементам списка, чтобы проверить, есть ли в этом списке значение, которое мы ищем.

Далее приводятся описания нескольких базовых классов типов.

Класс Eq

Класс Eq используется для типов, которые поддерживают проверку равенства. Типы, являющиеся его экземплярами, должны реализовывать функции == и /=. Так что если у нас есть ограничение класса Eq для переменной типа в функции, то она может использовать == или /= внутри своего определения. Все типы, которые мы упоминали выше, за исключением функций, входят в класс Eq, и, следовательно, могут быть проверены на равенство.

ghci> 5 == 5

True

ghci> 5 /= 5

False

ghci> 'a' == 'a'

True

ghci> "Хо Хо" == "Хо Хо"

True

ghci> 3.432 == 3.432

True

Класс Ord

Класс Ord предназначен для типов, которые поддерживают отношение порядка.

ghci> :t (>)

(>) :: (Ord a) => a –> a –> Bool

Все типы, упоминавшиеся ранее, за исключением функций, имеют экземпляры класса Ord. Класс Ord содержит все стандартные функции сравнения, такие как >, <, >= и <=. Функция compare принимает два значения одного и того же типа, являющегося экземпляром класса Ord, и возвращает значение типа Ordering. Тип Ordering может принимать значения GT, LT или EQ, означая, соответственно, «больше чем», «меньше чем» и «равно».