Изучай Haskell во имя добра! - Миран Липовача

Классы типов часто путают с классами в языках вроде Java, Python, C++ и им подобных, что сбивает с толку множество людей. В вышеперечисленных языках классы – это нечто вроде чертежей, по которым потом создаются объекты, хранящие некое состояние и способные производить некие действия. Мы не создаём типы из классов типов – вместо этого мы сначала создаём свои типы данных, а затем думаем о том, как они могут себя вести. Если то, что мы создали, можно проверить на равенство, – определяем для него экземпляр класса Eq. Если наш тип может вести себя как нечто, что можно упорядочить, – создаём для него экземпляр класса Ord.

Давайте посмотрим, как язык Haskell умеет автоматически делать наши типы экземплярами таких классов типов, как Eq, Ord, Enum, Bounded, Show и Read. Haskell умеет порождать поведение для наших типов в этих контекстах, если мы используем ключевое слово deriving при создании типа данных.

Сравнение людей на равенство

Рассмотрим такой тип данных:

data Person = Person { firstName :: String

                     , lastName :: String

                     , age :: Int

                     }

Тип описывает человека. Предположим, что среди людей не встречаются тёзки одного возраста. Если у нас есть два описания, можем ли мы выяснить, относятся ли они к одному и тому же человеку? Есть ли в такой операции смысл? Конечно, есть. Мы можем сравнить записи и проверить, равны они или нет. Вот почему имело бы смысл определить для нашего типа экземпляр класса Eq. Порождаем экземпляр:

data Person = Person { firstName :: String

                     , lastName :: String

                     , age :: Int

                     } deriving (Eq)

Когда мы определяем экземпляр класса Eq для типа и пытаемся сравнить два значения с помощью операторов == или /=, язык Haskell проверяет, совпадают ли конструкторы значений (хотя в нашем типе только один конструктор), а затем проверяет все данные внутри конструктора на равенство, сравнивая каждую пару полей с помощью оператора ==. Таким образом, типы всех полей также должны иметь определённый экземпляр класса Eq. Так как типы полей нашего типа, String и Int, имеют экземпляры класса Eq, всё в порядке.

Запишем в файл несколько людей:

mikeD = Person {firstName = "Майкл", lastName = "Даймонд", age = 45}

adRock = Person {firstName = "Адам", lastName = "Горовиц", age = 45}

mca = Person {firstName = "Адам", lastName = "Яух", age = 47}

И проверим экземпляр класса Eq:

ghci> mca == adRock

False

ghci> mikeD == adRock

False

ghci> mikeD == mikeD

True

ghci> mca == Person {firstName = "Адам", lastName = "Яух", age = 47}

True

Конечно же, так как теперь тип Person имеет экземпляр класса Eq, мы можем передавать его любым функциям, которые содержат ограничение на класс типа Eq в декларации, например функции elem.

ghci> let beastieBoys = [mca, adRock, mikeD]

ghci> mikeD `elem` beastieBoys

True

Покажи мне, как читать

Классы типов Show и Read предназначены для сущностей, которые могут быть преобразованы в строки и из строк соответственно. Как и для класса Eq, все типы в конструкторе типов также должны иметь экземпляры для классов Show и/или Read, если мы хотим получить такое поведение. Давайте сделаем наш тип данных Person частью классов Show и Read:

data Person = Person { firstName :: String

                     , lastName :: String

                     , age :: Int

                     } deriving (Eq, Show, Read)

Теперь мы можем распечатать запись на экране:

ghci> mikeD

Person {firstName = "Michael", lastName = "Diamond", age = 43}

ghci> "mikeD is: " ++ show mikeD

"mikeD is: Person {firstName = "Michael", lastName = "Diamond", age = 43}"

Если бы мы попытались распечатать запись до того, как предусмотрели для типа Person экземпляры класса Show, язык Haskell пожаловался бы на то, что он не знает, как представить запись в виде строки. Но после того как мы определили экземпляр класса Show, всё проясняется.

Класс Read в чём-то является обратным классом типов для класса Show. Класс Show служит для преобразования значений нашего типа в строку, класс Read нужен для преобразования строк в значения типа. Запомните, что при использовании функции чтения мы должны явно аннотировать тип возвращаемого значения. Если не указать тип результата явно, язык Haskell не сможет угадать, какой тип мы желали бы получить. Чтобы это проиллюстрировать, поместим в файл строку, представляющую некоторого человека, а затем загрузим файл в GHCi:

mysteryDude = "Person { firstName ="Майкл"" ++

                     ", lastName ="Даймонд"" ++

                     ", age = 45}"

Для большей «читабельности» мы разбили строку на несколько фрагментов. Если теперь необходимо вызвать с этой строкой функцию read, то потребуется указать тип, который мы ожидаем получить:

ghci> read mysteryDude :: Person

Person {firstName = "Майкл", lastName = "Даймонд", age = 45}

Если далее в программе мы используем результат чтения таким образом, что язык Haskell сможет вывести его тип, мы не обязаны использовать аннотацию типа.

ghci> read mysteryDude == mikeD

True

Так же можно считывать и параметризованные типы, но при этом следует явно указывать все типы-параметры.

Если мы попробуем сделать так:

ghci> read "Just 3" :: Maybe a

то получим сообщение об ошибке: Haskell не в состоянии определить конкретный тип, который следует подставить на место типовой переменной a. Если же мы точно укажем, что хотим получить Int, то всё будет прекрасно:

ghci> read "Just 3" :: Maybe Int

Just 3

Порядок в суде!

Класс типов Ord, предназначенный для типов, значения которых могут быть упорядочены, также допускает автоматическое порождение экземпляров. Если сравниваются два значения одного типа, сконструированные с помощью различных конструкторов данных, то меньшим считается значение, конструктор которого определён раньше. Рассмотрим, к примеру, тип Bool, значениями которого могут быть False или True. Для наших целей удобно предположить, что он определён следующим образом:

data Bool = False | True deriving (Ord)

Поскольку конструктор False указан первым, а конструктор True – после него, мы можем считать, что True больше, чем False.

ghci> True `compare` False

GT

ghci> True > False

True

ghci> True < False

False

Если два значения имеют одинаковый конструктор, то при отсутствии полей они считаются равными. Если поля есть, то выполняется их сравнение. Заметьте, что в этом случае типы полей должны быть частью класса типов Ord.

В типе данных Maybe a конструктор значений Nothing указан раньше Just – это значит, что значение Nothing всегда меньше, чем Just <нечто>, даже если это «нечто» равно минус одному миллиону триллионов. Но если мы сравниваем два значения Just, после сравнения конструкторов начинают сравниваться поля внутри них.

ghci> Nothing < Just 100

True

ghci> Nothing > Just (–49999)

False

ghci> Just 3 `compare` Just 2

GT

ghci>Just 100 > Just 50

True

Но сделать что-нибудь вроде Just (*3) > Just (*2) не получится, потому что (*3) и (*2) – это функции, а они не имеют экземпляров для класса Ord.

Любой день недели

Мы легко можем использовать алгебраические типы данных для того, чтобы создавать перечисления, и классы типов Enum и Bounded помогают нам в этом. Рассмотрим следующий тип:

data Day = Monday | Tuesday | Wednesday | Thursday | Friday | Saturday | Sunday

Так как все конструкторы значений нульарные (не принимают параметров, то есть не имеют полей), допустимо сделать для нашего типа экземпляр класса Enum. Класс типов Enum предназначен для типов, для значений которых можно определить предшествующие и последующие элементы. Также мы можем определить для него экземпляр класса Bounded – он предназначен для типов, у которых есть минимальное и максимальное значения. Ну и уж заодно давайте сделаем для него экземпляры всех остальных классов типов, которые можно сгенерировать автоматически, и посмотрим, что это даст.

data Day = Monday | Tuesday | Wednesday | Thursday | Friday | Saturday | Sunday

  deriving (Eq, Ord, Show, Read, Bounded, Enum)

Так как для нашего типа автоматически сгенерированы экземпляры классов Show и Read, можно конвертировать значения типа в строки и из строк: