Haskell

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Haskell
Haskell-Logo.svg
Парадигма: функціональна, не строга, модульна
Дата появи: 1990
Система типізації: сильна, статична
Основні реалізації: GHC, Hugs, NHC, JHC, Yhc
Діалекти: --
Під впливом від: APL, Lisp, Miranda, ML, Gofer, Scheme
Вплинула на: Clojure, C#, F#, Java Generics, LINQ, Perl 6, Python, Scala

Haskell (укр. Хаскель або Хаскелл) — стандартизована, винятково функціональна мова програмування з нестрогою семантикою. Названа на честь американського математика Хаскелла Каррі, роботи якого в галузі математичної логіки є базовими для функціонального програмування. Хаскель базується на лямбда численні. Найважливішими реалізаціями є компілятор Glasgow Haskell Compiler (GHC) та інтерпретатор Hugs.

Історія[ред.ред. код]

На кінець 1980-тих років, вже існували деякі функціональні мови програмування, з власними перевагами та недоліками. Для того, аби наука отримала єдину основу для досліджень, слід було розробити стандартизовану сучасну функціональну мову програмування. Тоді планувалось використати мову програмування Міранда в якості вихідного варіанту; однак, її розробники були в цьому не зацікавлені. Так, в 1990 році і з'явилась мова програмування Хаскель 1.0.

Поточна версія мови програмування є переробленим варіантом стандарта Хаскель-98 1999 року. Зараз Хаскель є функціональною мовою програмування, яка, переважно, використовується для проведення досліджень. Крім того, існує велика кількість варіантів мови програмування: Parallel Haskell, Distributed Haskell (раніше Gofin), Eager Haskell, Eden, DNA-Haskell і, також, об'єктно-орієнтовані варіанти (Haskell++, O'Haskell, Mondrian). Для інших, Хаскель був прикладом при розробці мови програмування. Наприклад, у випадку мови програмування Пайтон, було запозиченно концепцію Лямбда-нотації та синтаксис роботи із списками.

Застосування[ред.ред. код]

Незважаючи на порівняно невелику спільноту Хаскеля, він уже показав свої сильні сторони у декількох проектах. Pugs — реалізація довгоочікуваної мови програмування Perl 6 з інтерпретатором та компілятором, які показали корисність Хаскеля лише через кілька місяців від написання; також, GHC часто використовується як випробувальний стенд для передових можливостей функціонального програмування та оптимізацій. Darcs — це система контролю версій, яка має кілька інноваційних особливостей. Linspire GNU/Linux використовує Хаскель для розробки системних утиліт.[1] xmonad — це менеджер вікон для X Window System, цілковито написанний на Хаскелі.

Особливості[ред.ред. код]

Робота програм[ред.ред. код]

  • Функціональні мови програмування відрізняються від імперативних мов програмування тим, що програміст не повинен визначати порядок обчислення функцій. Розробнику слід лише описати залежність між даними, а транслятор вже самотужки визначає порядок обчислень на імперативному обчислювальному пристрої.
  • Відсутні будь-які імперативні конструкції мови програмування. Завдяки монадам можливо виконувати операції вводу-виводу, інші обчислення, які вимагають збереження стану, в чисто функціональному вигляді.
  • Відсутні оператори зміни значення змінних. Через це, відсутня різниця між константами та змінними. Як наслідок, відпадає необхідність у декларації const або final, які є, наприклад, в мовах програмування Сі та Ява відповідно.
  • Усунення проблем від наявності побічних ефектів, значною мірою полегушує спостереження за послідовністю роботи програми.
  • Хаскель є не строгою мовою програмування. Обчислюються лише вирази, значення яких необхідне для обчислення результатів.
 first x y = x
 square x = x * x
Функція first при виклику з двома параметрами повертає значення першого. При виклику first x (3+7) обчислення значення суми (3+7) не потрібне для обчислення результата, і, тому, може не виконуватись.
Функція square повертає значення квадрата переданого параметра. При обчисленні square (3+5), функція матиме обчислити (3+5)*(3+5), однак, подвійне обчислення (3+5) не є оптимальним, і має уникатись.
Реалізація лінивих обчислень полегшується відсутністю побічних ефектів та строгим дотриманням парадигми функціонального програмування.

Система типів[ред.ред. код]

  • Хаскель є сильно типізованою мовою програмування. Розрізняються цілі, числа з плаваючою комою, рядкові, та інші типи даних.
  • Підримуються змінні типів. Завдяки цьому, можна робити узагальнені формулювання функцій. У випадку, коли така загальна функція застосовується до змінних з конкретним типом, автоматично визначаються і типи результатів решти обчислень.
Функція map виконує надану функцію для кожного елемента зі списку. Її тип має вигляд:
 map :: (a -> b) -> [a] -> [b]
У випадку, якщо map буде викликано із функцією toUpper, яка має тип Char -> Char, вона матиме тип:
 map toUpper :: [Char] -> [Char]
  • Із самого початку Хаскель є мовою програмування зі статичною типізацією, хоча, існують варіанти з динамічною типізацією. Це значить, що для більшості обчислень, типи аргументів відомі вже на етапі трансляції. Це допомагає уникнути очевидних помилок ще до початку обчислень.
  • Хаскель підтримує функції вищого порядку (функціонали). Тобто, функції, які можуть приймати в якості аргументів та повертати в якості результатів функції. Одним із прикладів, є функція map, яка обчислює надану функцію f для кожного елемента одного типу (тут списка).
 map :: (a -> b) -> [a] -> [b]
 map f [] = []
 map f x:xs = f x : map f xs
 map square [1,2,3] = [square 1, square 2, square 3] = [1,4,9]
  • Підтримується визначення типів даних користувачами. Ці типи даних визначаються використанням конструкторів типів даних.
 data Tree Int = Leaf Int | Branch Int (Tree Int) (Tree Int)
В прикладі наведено структуру даних дерев з наповенене цілими числами. Таким чином, дерево (Tree Int) складається або із листа (Leaf Int), або відгалуження (Branch Int t1 t2), де t1 та t2 містять піддерева, що мають структуру даних Tree Int. Для визначення цієї структури даних, треба, також, визначити конструктор Leaf з одним параметром, та конструктор Branch з трьома параметрами.
  • Функції дозволяють каррінг. В той час, як в інших мовах програмування, в якості аргументів функції передаються кортежі, тобто, типи функцій мають вигляд (a,b) -> c, в Хаскель прийнято використовувати Каррі-подібну форму a -> b -> c. Завдяки цьому, стає можливим часткове обчислення значення функцій. Вираз map toUpper є прикладом часткового обчислення map, оскільки, він визначає функцію, а саме, функцію, що переводить всі літери у верхній регістр.
  • Хаскель підтримує класи типів. Завдяки класифікації типів, можна визначити спільні операції для типів одного класу. В сигнатурах функцій можуть бути присутні як аргументи конкретного типу, приміром, Char та безтиповими змінними, визначатись аргументи з явно заданими обмеженнями типів.
Всі застосування методу з класами типів мають однакове ім'я. Це, в деякому сенсі, відповідає перегрузці функцій. Ім'я певної функції залежить від типів аргументів. Наприклад, метод == класу Eq порівнює як пару цифр, так і пару рядків. Однак, робота цього методу залежить від типів аргументів.

Синтаксис[ред.ред. код]

Розрізняється реєстр літер. Ідентифікатори, що починаються з великих літер, означають типи та конструктори. Ідентифікатори, що починаються з малої літери, означають змінні, функції, та параметри.

Замість

 readFile "input.txt" >>= writeFile "output.txt"

або

 readFile "input.txt" >>= (\content -> writeFile "output.txt" content)

можна також написати

 do content <- readFile "input.txt"
    writeFile "output.txt" content
  • Як символьні (такі як +, -, *, /, >, <), так і алфавітно-цифрові ідентифікатори (літери, цифри, апостроф) можуть використовуватись як в якості назв функцій так і в якості інфіксних та постфіксних операторів. Наприклад, можна писати:
 a + b      ==  (+) a b
 a `div` b  ==  div a b

Програмування[ред.ред. код]

  • Хаскель підтримує пошук по шаблонах. Тобто, в якості формальних параметрів можна передавати шаблони. При цьому, описані шаблони стають аргументами функції.
 fac :: Integer -> Integer
 fac 0 = 1
 fac n = n * fac (n-1)
Функція fac обчислює факторіал числа. При виклику функції з параметром, що дорівнює 0, буде повернута 1. Для всіх інших випадків, обчислення факторіала відбувається шляхом рекурсивного виклику n*fac(n-1). В цьому прикладі, 0 та 1 є шаблонами, від збігу з якими залежить результат обчислень.

Модулі[ред.ред. код]

Хаскель, також, має систему модулів. Існує велика кількість модулів, в яких реалізовано багато корисних функцій. Один із найповніших переліків існуючих модулів міститься в Haskell Reference(англ.).

Для того, аби використати модуль, необхідно його імпортувати. Це робиться з використанням ключового слова import:

 import List
 import Maybe

Різні модулі можуть містити функції та типи з однаковими іменами. Ці ідентифікатори можна розрізняти шляхом:

  • імпортування лише одного ідентифікатора,
 import Data.List(delete)
 x = delete 'a' "abc 
  • використанням повного (разом із модулем) імені ідентифікатора:
 import qualified Data.List
 x = Data.List.delete 'a' "abc 

або

 import qualified Data.List as List
 x = List.delete 'a' "abc"

Можливим, але не бажаним є приховування ідентифікаторів деклараціями hiding.

Приклади[ред.ред. код]

Факторіал[ред.ред. код]

Елегантне визначення функції факторіалу, яке використовує нотацію Хаскеля для списків:

 fac :: Integer -> Integer
 fac n = product [1..n]

Числа Фібоначчі[ред.ред. код]

Наївна реалізація функції обчислення n числа з Послідовності Фібоначчі:

 fib :: Integer -> Integer
 fib 0 = 0
 fib 1 = 1
 fib n = fib (n - 2) + fib (n - 1)

Швидша реалізація обчислення послідовності:

 fibs :: [Integer]
 fibs = 0 : 1 : (zipWith (+) fibs (tail fibs))


Швидке сортування[ред.ред. код]

Алгоритм швидкого сортування записується мовою Хаскель так:

 qsort :: Ord a => [a] -> [a]
 qsort []     = []
 qsort (x:xs) = qsort [y | y <- xs, y < x] ++ [x] ++ qsort [y | y <- xs, y >= x]

У першому рядку визначається сигнатура функції qsort. В другому рядку визначається, що результат застосування функції для порожнього списка є також порожній список. В третьому рядку відбувається рекурсивне сортування непорожніх списків: перший елемент x береться в якості середнього елемента результуючого списка. Перед ним сортуються всі менші, а після нього — всі більші елементи списка. Для того, аби вибрати всі менші та більші елементи ніж x із хвоста списка xs, використано описання списків.

Як і очікується від алгоритму швидкого сортування, середній асимптотичний час роботи цього алгоритму дорівнює O(n \cdot \log n) а час роботи в найгіршому випдаку дорівнює O(n^2). На відміну від звичайних реалізацій в імперативних мовах програмування, описана функція працює не перетираючи вхідний масив.

Виноски[ред.ред. код]

  1. «Linspire/Freespire Core OS Team and Haskell». Debian Haskell mailing list. May 2006. Архів оригіналу за 2013-06-25. 

Література[ред.ред. код]

  • Why Functional Programming Matters by John Hughes, The Computer Journal, Vol. 32, No. 2, 1989, pp. 98 — 107. [1] Переваги функціонального програмування. Наводяться приклади модульності програм на основі функцій вищого порядку та лінивих обчислень.
  • Simon Thompson: Haskell — The Craft of Functional Programming, 1999, Addison-Wesley, ISBN 0-201-34275-8
  • Paul Hudak: The Haskell School of Expression — Learning Functional Programming Through Multimedia., 2000, Cambridge University Press, ISBN 0-521-64338-4
  • Міран Ліповача: Вивчить собі Хаскела на велике щастя! (переклад українською http://learnyouahaskell.com)

Посилання[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]