Изучай Haskell во имя добра! - Миран Липовача

ПРИМЕЧАНИЕ. IRC-канал #haskell на Freenode Network – отличный ресурс для тех, кто испытывает затруднения в обучении и хочет задать вопросы по какой-либо теме. Люди там чрезвычайно приятные, вежливые и с радостью помогают новичкам.

Так что же такое Haskell?

Язык Haskell – это чисто функциональный язык программирования. В императивных языках результат достигается при передаче компьютеру последовательности команд, которые он затем выполняет. При этом компьютер может изменять своё состояние. Например, мы устанавливаем переменную a равной 5, производим какое-либо действие, а затем меняем её значение... Кроме того, у нас есть управляющие инструкции, позволяющие повторять несколько раз определённые действия, такие как циклы for и while. В чисто функциональных языках вы не говорите компьютеру, как делать те или иные вещи, – скорее вы говорите, что представляет собой ваша проблема.

Факториал числа – это произведение целых чисел от 1 до данного числа; сумма списка чисел – это первое число плюс сумма всех остальных чисел, и так далее. Вы можете выразить обе эти операции в виде функций. В функциональной программе нельзя присвоить переменной сначала одно значение, а затем какое-то другое. Если вы решили, что a будет равняться 5, то потом уже не сможете просто передумать и заменить значение на что-либо ещё. В конце концов, вы же сами сказали, что a равно 5! Вы что, врун какой-нибудь?

В чисто функциональных языках у функций отсутствуют побочные эффекты. Функция может сделать только одно: рассчитать что-нибудь и возвратить это как результат. Поначалу такое ограничение смущает, но в действительности оно имеет приятные последствия: если функция вызывается дважды с одними и теми же параметрами, это гарантирует, что оба раза вернётся одинаковый результат. Это свойство называется ссылочной прозрачностью. Оно позволяет программисту легко установить (и даже доказать), что функция корректна, а также строить более сложные функции, объединяя простые друг с другом.

Haskell – ленивый язык. Это означает, что он не будет выполнять функции и производить вычисления, пока это действительно вам не потребовалось для вывода результата (если иное не указано явно). Подобное поведение возможно как раз благодаря ссылочной прозрачности. Если вы знаете, что результат функции зависит только от переданных ей параметров, неважно, в какой именно момент вы её вызываете. Haskell, будучи ленивым языком, пользуется этой возможностью и откладывает вычисления на то время, на какое это вообще возможно. Как только вы захотите отобразить результаты, Haskell проделает минимум вычислений, достаточных для их отображения. Ленивость также позволяет создавать бесконечные структуры данных, потому что реально вычислять требуется только ту часть структуры данных, которую необходимо отобразить.

Предположим, что у нас есть неизменяемый список чисел xs = [1,2,3,4,5,6,7] и функция doubleMe («УдвойМеня»), которая умножает каждый элемент на 2 и затем возвращает новый список. Если мы захотим умножить наш список на 8 в императивных языках, то сделаем так:

doubleMe(doubleMe(doubleMe(xs)))

При вызове, вероятно, будет получен список, а затем создана и возвращена копия. Затем список будет получен ещё два раза – с возвращением результата. В ленивых языках программирования вызов doubleMe со списком без форсирования получения результата означает, что программа скажет вам что-то вроде: «Да-да, я сделаю это позже!». Но когда вы захотите увидеть результат, то первая функция doubleMe скажет второй, что ей требуется результат, и немедленно! Вторая функция передаст это третьей, и та неохотно вернёт удвоенную 1, то есть 2.

Вторая получит и вернёт первой функции результат – 4. Первая увидит результат и выдаст вам 8. Так что потребуется только один проход по списку, и он будет выполнен только тогда, когда действительно окажется необходим.

Язык Haskell – статически типизированный язык. Когда вы компилируете вашу программу, то компилятор знает, какой кусок кода – число, какой – строка и т. д. Это означает, что множество возможных ошибок будет обнаружено во время компиляции. Если, скажем, вы захотите сложить вместе число и строку, то компилятор вам «пожалуется».

В Haskell есть очень хорошая система типов, которая умеет автоматически делать вывод типов. Это означает, что вам не нужно описывать тип в каждом куске кода, потому что система типов может вычислить это сама. Если, скажем, a = 5 + 4, то вам нет необходимости говорить, что a – число, так как это может быть выведено автоматически. Вывод типов делает ваш код более универсальным. Если функция принимает два параметра и складывает их, а тип параметров не задан явно, то функция будет работать с любыми двумя параметрами, которые ведут себя как числа.

Haskell – ясный и выразительный язык, потому что он использует множество высокоуровневых идей; программы обычно короче, чем их императивные эквиваленты, их легче сопровождать, в них меньше ошибок.

Язык Haskell был придуман несколькими по-настоящему умными ребятами (с диссертациями). Работа по его созданию началась в 1987 году, когда комитет исследователей задался целью изобрести язык, который станет настоящей сенсацией. В 1999 году было опубликовано описание языка (Haskell Report), ознаменовавшее появление первой официальной его версии.

Что понадобится для изучения языка

Если коротко, то для начала понадобятся текстовый редактор и компилятор Haskell. Вероятно, у вас уже установлен любимый редактор, так что не будем заострять на этом внимание. На сегодняшний день самым популярным компилятором Haskell является GHC (Glasgow Haskell Compiler), который мы и будем использовать в примерах ниже. Проще всего обзавестись им, скачав Haskell Platform, которая включает, помимо прочего, ещё и массу полезных библиотек. Для получения Haskell Platform нужно пойти на сайт http://hackage.haskell.org/platform/ и далее следовать инструкциям по вашей операционной системе.

GHC умеет компилировать сценарии на языке Haskell (обычно это файлы с расширением .hs), а также имеет интерактивный режим работы, в котором можно загрузить функции из файлов сценариев, вызвать их и тут же получить результаты. Во время обучения такой подход намного проще и эффективнее, чем перекомпиляция сценария при каждом его изменении, а затем ещё и запуск исполняемого файла.

Как только вы установите Haskell Platform, откройте новое окно терминала – если, конечно, используете Linux или Mac OS X. Если же у вас установлена Windows, запустите интерпретатор командной строки (cmd.exe). Далее введите ghci и нажмите Enter. Если ваша система не найдёт программу GHCi, попробуйте перезагрузить компьютер.

Если вы определили несколько функций в сценарии, скажем, myfunctions.hs, то их можно загрузить в GHCi, напечатав команду : l myfunctions. Нужно только убедиться, что файл myfunctions.hs находится в том же каталоге, из которого вы запустили GHCi.

Если вы изменили hs-сценарий, введите в интерактивном режиме :l myfunctions, чтобы загрузить его заново. Можно также перегрузить загруженный ранее сценарий с помощью команды : r. Обычно я поступаю следующим образом: определяю несколько функций в hs-файле, загружаю его в GHCi, экспериментирую с функциями, изменяю файл, перезагружаю его и затем всё повторяю. Собственно, именно этим мы с вами и займёмся.

Благодарности

Благодарю всех, кто присылал мне свои замечания, предложения и слова поддержки. Также благодарю Кита, Сэма и Мэрилин, которые помогли мне отшлифовать мастерство писателя.

1

На старт, внимание, марш!

Отлично, давайте начнём! Если вы принципиально не читаете предисловий к книгам, в данном случае вам всё же придётся вернуться назад и заглянуть в заключительную часть введения: именно там рассказано, что вам потребуется для изучения данного руководства и для загрузки программ.

Первое, что мы сделаем, – запустим компилятор GHC в интерактивном режиме и вызовем несколько функций, чтобы «прочувствовать» язык Haskell – пока ещё в самых общих чертах. Откройте консоль и наберите ghci. Вы увидите примерно такое приветствие:

GHCi, version 7.0.3: http://www.haskell.org/ghc/ :? for help Loading package ghc-prim ... linking ... done.

Loading package integer-gmp ... linking ... done.

Loading package base ... linking ... done.

Loading package ffi-1.0 ... linking ... done.

Prelude>

Поздравляю – вы в GHCi!

ПРИМЕЧАНИЕ. Приглашение консоли ввода – Prelude>, но поскольку оно может меняться в процессе работы, мы будем использовать просто ghci>. Если вы захотите, чтобы у вас было такое же приглашение, выполните команду :set prompt "ghci> ".