Haskell | это... Что такое Haskell? (original) (raw)

Haskell

Логотип Haskell
Класс языка: функциональный, ленивый, модульный
Тип исполнения: компилируемый, интерпретируемый
Появился в: 1990
Типизация данных: статическая, строгая, с выводом типов
Основные реализации: GHC, HUGS, NHC, YHC
Диалекты: Helium, Gofer, O'Haskell, Haskell++, Mondrian, Disciple
Испытал влияние: Lisp и Scheme, ISWIM, FP, АПЛ, Hope и Hope+, SISAL, Miranda, ML и Standard ML, Lazy ML, Orwell, Id
Повлиял на: Agda, Bluespec, Clojure, C#, CAL, Cat, Cayenne, Clean, Curry, Epigram, Escher, F#, Factor, Isabelle, Java Generics, LINQ, Mercury, Omega, Perl 6, Python, Qi, Scala, Timber, Visual Basic 9.0
Сайт: haskell.org

Haskell (рус. Ха́скель, Ха́скелл) — стандартизованный чистый функциональный язык программирования общего назначения. Является одним из самых распространённых языков программирования с поддержкой отложенных вычислений. Типизация в Хаскеле строгая, статическая, с автоматическим выводом типов. Поскольку язык функциональный, то основная управляющая структура — это функция. Серьёзное отношение к типизации — ещё одна отличительная черта Хаскеля. Концепция языка отражает идею математика Хаскелла Карри, писавшего, что «доказательство — это программа, а доказываемая формула — это тип программы»[1][2]. Именно в честь Х. Карри язык и получил своё название.

Сегодня Хаскель стал языком быстрой разработки надёжных, кратких и корректных программ. Имеются средства взаимодействия с кодом на других языках программирования. Есть встроенная поддержка многозадачного и параллельного программирования, развитый инструментарий (средства автоматического тестирования, отладки и профилирования, в том числе для параллельных программ), существует много библиотек с открытым исходным кодом (более 1800 пакетов в одном только архиве Hackage)[3].

Содержание

История

Хаскель принадлежит к семейству языков ML. Непосредственно на него оказал большое влияние язык Miranda, разработанный в 1985 г. Дэвидом Тёрнером. Миранда была первым чистым функциональным языком, имевшим коммерческую поддержку, и была относительно популярна в 1980-х годах, но оставалась несвободным программным обеспечением. Это затрудняло развитие и исследования возможностей ленивого функционального программирования, поэтому буквально за пару лет появилось более десятка схожих языков. Чтобы объединить усилия разных разработчиков, в 1987 г. на конференции по функциональным языкам программирования и компьютерной архитектуре в Орегоне (FPCA’87) было решено создать комитет для разработки открытого стандарта.

В 1990 г. была предложена первая версия языка, Haskell 1.0. В дальнейшем работа комитета продолжилась, и в 1999 г. был опубликован «The Haskell 98 Report[4]», который стал стабильным стандартом языка на много лет. Язык, однако, продолжал бурно развиваться, компилятор GHC был фактическим стандартом в отношении новых возможностей.

Сейчас разработка новых версий языка идёт открыто, этот процесс получил название Haskell’[5] (Haskell Prime [ˈhæskəl praɪm], «Хаскель-штрих»). Все желающие могут выдвигать свои предложения к обсуждению, предложения обсуждаются в течение года, комитет отбирает и объявляет предложения, которые готов принять, формируется новый комитет и к концу года готовится новая версия языка. Таким образом, новые версии языка теперь могут появляться каждый год. Планируется объявлять некоторые ревизии «значительными» и поддерживать такие ревизии на протяжении длительного времени.

Последняя версия языка — Haskell 2010 — была объявлена в конце 2009 г[6], но последней «значительной» версией (стандартом) остаётся Haskell 98.

Характеристики языка

В качестве основных характеристик языка Haskell можно выделить следующие:

С момента принятия последнего стандарта языка (Haskell98) прошло много времени, и с тех пор ведущие реализации языка (ghc и hugs) были расширены множеством дополнительных возможностей:

Реализации языка

Есть несколько реализаций языка Хаскель[8]. Некоторые реализации ориентированы на практическое применение, в то время как другие — представляют прежде всего академический интерес.

Компиляторы и интерпретаторы

Наиболее популярен на практике оптимизирующий компилятор GHC, который создаёт быстрый код и позволяет использовать многие расширения языка. GHC может оптимизировать как скорость, так и компактность программ, способен создавать многозадачный и параллелизованный код. В комплекте с компилятором GHC поставляется также интерактивная среда программирования GHCi со встроенным отладчиком. GHC работает в Windows, MacOS X и на нескольких юникс-подобных платформах (Linux, *BSD, Solaris). Именно GHC является стандартным компилятором в Haskell Platform, и именно на нём в первую очередь тестируются все новые библиотеки.

Другая популярная реализация языка — интерпретатор HUGS. Он написан на Си, имеет малый размер дистрибутива и работает практически на всех платформах. HUGS предоставляет интерактивную среду программирования, но может также запускать программы на Хаскеле в стиле скриптовых языков. Пользователи Windows могут использовать графическую интерактивную среду WinHugs. Поскольку HUGS интерпретатор, то программы, запущенные в нём, выполняются медленнее, чем код, созданный большинством компиляторов Хаскеля. HUGS часто рекомендуют в качестве среды для изучения языка. HUGS полностью поддерживает стандарт языка Haskell 98, а также некоторые наиболее популярные расширения языка.

Другие известные реализации:

Haskell Platform

В 2009 году сформировалась концепция Haskell Platform[9] — стандартного дистрибутива языка, включающего кроме компилятора (GHC), также дополнительный инструментарий (систему сборки и развёртывания пакетов Cabal) и набор популярных библиотек.

Сейчас Haskell Platform — это рекомендованный базовый дистрибутив для разработчиков. Готовые сборки Haskell Platform доступны для Windows, MacOS X и ряда дистрибутивов Linux.

Альтернативные целевые платформы

Большинство компиляторов Хаскеля создают непосредственно машинный код для используемой платформы, но есть несколько проектов, позволяющих компилировать Хаскель в код для виртуальных машин или генерировать код на других языках программирования. Степень зрелости и уровень поддержки подобных проектов сильно разнится.

Несколько интересных целевых платформ доступны при использовании компилятора YHC, в частности существуют интерпретатор байт-кода YHC на Питоне и конвертер байт-кода YHC в Erlang Core, но эти разработки пока ещё экспериментальны. Также существуют реализации подмножеств языка на разных целевых платформах.

Расширения языка

Расширения реализаций языка (относится к GHC):

Примеры

Вычисление факториала

Следующий пример показывает синтаксис языка Haskell при реализации функции для вычисления факториала:

fac :: Integer -> Integer fac 0 = 1 fac n | n > 0 = n * fac (n - 1)

Это определение описывает процесс вычисления факториала в виде рекурсивной функции. Это определение похоже на то, которое можно найти в учебниках по информатике. Большая часть исходного кода на языке Haskell походит на математическую нотацию в аспектах синтаксиса и использования, например, вышеприведённый пример можно переписать в виде

что соответствует математическому определению факториала.

Первая строка в приведённом выше определении является необязательной, так как определяет (вернее, ограничивает) тип функции, который может быть выведен системой типизации самостоятельно. Эта строка может быть прочитана как: функция fac имеет тип (::) из целого в целое (Integer -> Integer). Это значит, что она получает на вход один целочисленный аргумент и возвращает результат также целого типа. Как сказано выше, типы всех функций могут быть выведены автоматически, если программист не указал их явно.

Вторая строка основана на механизме сопоставления с образцами, который является важной особенностью языка Haskell. Этот механизм заставляет интерпретатор языка пробегаться сверху вниз по строкам определения и находить первый образец (то есть набор формальных параметров, который подходит под значения фактически переданных параметров в функцию) и выполнять определение, записанное с этим образцом. В данном случае вторая строка определения будет выбрана тогда, когда фактический параметр при вызове функции fac будет равен нулю.

В третьей строке помимо механизма сопоставления с образцами использовано охраняющее выражение — n > 0. Оно гарантирует, что функция не будет работать для отрицательных чисел, для которых факториал неопределён. Если отрицательное число будет передано в качестве фактического параметра в функцию fac, то программа остановится с сообщением об ошибке.

Калькулятор

Простейший калькулятор для вычисления выражений в обратной польской записи может быть определён на языке Haskell при помощи одной функции:

calc :: String -> Float calc = head . foldl f [] . words where f :: [Float] -> String -> [Float] f (x:y:zs) "+" = (y + x):zs f (x:y:zs) "-" = (y - x):zs f (x:y:zs) "*" = (y * x):zs f (x:y:zs) "/" = (y / x):zs f (x:y:zs) "FLIP" = y:x:zs f (x:zs) "ABS" = (abs x):zs f xs y = read y : xs

Исходная строка со входным выражением тут разбивается стандартной функцией words на список слов — строк между пробельными символами — который обрабатывается функцией левосторонней свёртки (foldl) слева направо по одному слову с помощью функции f, которая поддерживает рабочий список прочитываемых чисел и промежуточных значений (поначалу [] — пустой список) и интерпретирует каждое входное слово как обозначение арифметической функции или как число, в ходе вычисления ею окончательного значения выражения (которое будет первым оставшимся значением в рабочем списке по окончании обработки списка слов входного выражения, так что его можно достать оттуда с помощью стандартной функции head).

Здесь (.) есть оператор композиции функций, (f . g) x = f (g x). Например,

*Main> calc "1 2 3 + 4 * - ABS" 19.0

Числа Фибоначчи

Другой пример показывает способ вычисления бесконечного списка чисел Фибоначчи за линейное время:

fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

Бесконечный список здесь определен при помощи механизма корекурсии — последующие значения списка здесь задаются на основе предыдущих, с начальными 0 и 1 в качестве первых двух элементов списка, и выражением-генератором zipWith (+) fibs (tail fibs), вычисляющим все элементы начиная с третьего на основании предшествующих двух, через стандартную функцию zipWith (+) которая суммирует попарно элементы двух своих входных списков.

Это определение является примером применения механизма ленивых вычислений, который является важнейшей частью языка Haskell. Для понимания того, как это определение работает, можно рассмотреть вычисление первых семи чисел Фибоначчи с его помощью:

fibs = 0 : 1 : 1 : 2 : 3 : 5 : 8 : ... + + + + + + tail fibs = 1 : 1 : 2 : 3 : 5 : 8 : ... = = = = = = zipWith (+) = 1 : 2 : 3 : 5 : 8 : ... fibs = 0 : 1 : 1 : 2 : 3 : 5 : 8 : ...

То же самое может быть записано также при использовании определителей списков,

fibs = 0 : 1 : [a + b | (a,b) <- zip fibs (tail fibs)]

или расширения языка Haskell, реализованного в компиляторе GHC (параллелизация определителей списков, Parallel List Comprehensions):

fibs = 0 : 1 : [a + b | a <- fibs
| b <- tail fibs]

или с помощью напрямую самореферентной генерирующей функции:

fibs = 0 : 1 : next fibs where next (a: t@(b:_)) = (a+b) : next t

Простые числа

В этих примерах показано, как можно использовать списочные выражения (генераторы списков). Реализация нахождения всех простых чисел обычным путём (проверка каждого числа на простоту):

-- общее определение (все натуральные числа > 1, которые являются простыми) primeNums = 2 : [n | n <- [3..], isPrime n]

-- Число простое, если у него нет (простых) делителей isPrime n = foldr (\p r-> p*p>n || (rem n p /= 0 && r)) True primeNums

или по-сегментным перебором делителей,

primesST = 2 : 3 : sieve 0 5 9 (drop 2 primesST) where sieve k x q ps = let fs = take k (tail primesST) in [n | n <- [x,x+2..q-2], all ((/=0).rem n) fs] ++ sieve (k+1) (q+2) (head ps^2) (tail ps)

а также с помощью решета Эратосфена, в варианте ограниченного списка,

primesTo m = 2 : eratos [3,5..m] where eratos (x : xs) | xx>m = x : xs | True = x : eratos (xs minus [xx, xx+2x..m])

или, вообще говоря, бесконечного списка простых чисел:

primes = 2 : ([3,5..] minus unionAll [[pp, pp+2p..] | p <- primes']) where primes' = 3 : ([5,7..] minus unionAll [[pp, pp+2p..] | p <- primes']) unionAll ((x:xs):t) = x : union xs (unionAll (pairs t)) pairs ((x:xs):ys:t) = (x : union xs ys) : pairs t

с использованием канонических фукций minus, union (в том числе из пакета Data.List.Ordered):

union (x:xs) (y:ys) = case compare x y of LT -> x : union xs (y:ys) EQ -> x : union xs ys GT -> y : union (x:xs) ys union a b = a ++ b minus (x:xs) (y:ys) = case compare x y of LT -> x : minus xs (y:ys) EQ -> minus xs ys GT -> minus (x:xs) ys minus a b = a

Описание игральных карт

Простой пример использования алгебраических типов данных для описания игральных карт. Идентификаторы типов начинаются с заглавных букв. Идентификаторы переменных и функций — со строчных. Новые алгебраические типы определяются ключевым словом data. Синонимы типов определяются ключевым словом type.

-- Алгебраический тип-сумма Масть («перечисление»). -- Значением типа Масть может быть одно из указанных справа -- (или Пики, или Трефы, или Бубны, или Червы). -- «Масть» здесь выступает конструктором типа, -- а «Пики», «Трефы» и т.д. — конструкторами данных. data Масть = Пики | Трефы | Бубны | Червы -- необязательное автоматическое выведение экземпляров классов, -- позволяющее преобразовывать значения в строки (функцией show из Show) -- и обратно (функцией read из Read), а также сравнивать их между собой -- (функциями классов Eq и Ord). deriving (Show, Read, Eq, Ord)

-- Алгебраический тип-сумма Достоинство data Достоинство = Семёрка | Восьмёрка | Девятка | Десятка | Валет | Дама | Король | Туз deriving (Show, Read, Eq, Ord)

-- Алгебраический тип-произведение Карта («тип-кортеж»). -- Значения типа Карта — комбинации значений типов Достоинство и Масть, -- объединённые конструктором данных К. -- Часто имена конструктора данных и конструктора типа совпадают. data Карта = К Достоинство Масть deriving (Show, Read, Eq, Ord)

-- Синоним списка значений типа Карта. type Рука = [Карта]

-- Функция, определяющая, есть ли в руке марьяж (король и дама одной масти). естьМарьяж :: Рука -> Bool естьМарьяж карты = -- достаточно найти марьяж хотя бы одной масти any (естьМарьяжМасти) [Пики, Трефы, Бубны, Червы] where -- проверить, есть ли и дама, и король заданной масти м в руке естьМарьяжМасти м = (К Дама м) elem карты && (К Король м) elem карты

-- примеры раздач рука = [ К Дама Трефы, К Семёрка Червы, К Король Трефы, К Туз Бубны ] рука_без_марьяжа = [ К Десятка Пики, К Король Пики, К Дама Червы ]

main = do проверить рука проверить рука_без_марьяжа проверить [] -- пустая раздача where проверить кк = putStrLn ( (show кк) ++ " -> " ++ (show (естьМарьяж кк)) )

-- Вывод: -- [К Дама Трефы,К Семёрка Червы,К Король Трефы,К Туз Бубны] -> True -- [К Десятка Пики,К Король Пики,К Дама Червы] -> False -- [] -> False

Численное интегрирование

Численное интегрирование \int\limits_0^{2\pi}x\sin x\,{\rm d}x = -2\pi методом трапеций:

trapezeIntegrate f a b n = ((sum $ map f [a + h, a + 2*h .. b - h]) + t) * h where t = (f a + f b)/2 h = (b - a) / n

main = do print $ trapezeIntegrate (\x -> xsin x) 0 (2pi) 100

-- Вывод: -6.281118086046067

Проверка палиндромов

Как видно, Хаскель прекрасно работает с Юникодом.

import Data.Char (toLower, isAlpha)

palindrom :: [Char] -> Bool palindrom s = norm == reverse norm where norm = map toLower $ filter isAlpha $ s

test :: [Char] -> IO () test s = putStrLn $ s ++ ": " ++ show (palindrom s)

main = do test "А в Енисее — синева" test "А роза упала не на лапу Азора" test "Не роза упала на лапу Азора" test "Мир как Рим" test "Мир не Рим" test "Dogma: I am God" test "I prefer Pi" test "حوت فمه مفتوح" test "Ne mateno, bone tamen"

-- Вывод: -- А в Енисее — синева: True -- А роза упала не на лапу Азора: True -- Не роза упала на лапу Азора: False -- Мир как Рим: True -- Мир не Рим: False -- Dogma: I am God: True -- I prefer Pi: True -- حوت فمه مفتوح: True -- Ne mateno, bone tamen: True

Приложения, написанные на языке Haskell

Мозаичный оконный менеджер Xmonad для X Window System целиком написан на Хаскеле. Darcs — распределённая система управления версиями с рядом уникальных возможностей — написана на Хаскеле. Первая реализация компилятора и интерпретатора языка Perl 6, Pugs, была написана на Хаскеле за несколько месяцев. Компилятор GHC часто выступает экспериментальной площадкой для проверки новых возможностей функционального программирования и оптимизации.

Коммерческие приложения

Хаскель всё чаще используется в коммерческой среде[20]. Этому способствует и принятая в сообществе традиция выпускать библиотеки под либеральными лицензиями (более 70 % свободно доступных библиотек распространяются на условиях лицензий BSD, MIT или являются общественным достоянием).

Вот примеры некоторых коммерческих приложений, написанных на Хаскеле: Bluespec SystemVerilog, язык проектирования и верификации полупроводниковых схем, является расширением Хаскеля[21]. Cryptol, коммерческий язык для разработки и проверки криптографических алгоритмов, реализован на Хаскеле. Примечательно, что первое формально верифицированное микроядро seL4 было тоже написано на Хаскеле.

Активно применяется Хаскель в области финансового программирования, анализа рисков, в системах поддержки решений. Хаскель применяют разработчики генератора городских ландшафтов для игр и моделирования Gamr7[22]. Есть примеры успешного применения Хаскеля для разработки частных информационных систем в коммерческих организациях, как в мире, так и в странах СНГ[23].

Приложения с открытым исходным кодом

Также на Хаскеле написано много приложений c открытым исходным кодом. Большинство из них доступны в архиве Hackage, ниже приведены некоторые из них.

Базы данных

Графика

Графические интерфейсы

Игры

Интернет

Обработка текста

Параллельное, многозадачное и многопоточное программирование

Разработка

Системные программы

Языки и компиляторы

См. также

Примечания

  1. ↑ Curry, Haskell (1934), "Functionality in Combinatory Logic", «Proceedings of the National Academy of Sciences», vol. 20, сс. 584–590
  2. ↑ Curry, Haskell B. & Feys, Robert (1958), «Combinatory Logic Vol. I», Amsterdam: North-Holland , with 2 sections by William Craig, see paragraph 9E
  3. ↑ HaskellWiki — по состоянию на 05.02.2010.
  4. ↑ The Haskell 98 Language Report — получено 05.02.2010
  5. ↑ Haskell Prime
  6. ↑ Simon Marlow, Announcing Haskell 2010
  7. ↑ The Haskell 98 Foreign Function Interface 1.0: An Addendum to the Haskell 98 Report
  8. ↑ Реализации языка Хаскель (англ.)
  9. ↑ The Haskell Platform
  10. ↑ Merge Request: LLVM Code Generator for GHC
  11. ↑ The Glasgow Haskell Compiler and LLVM
  12. ↑ Smoking fast Haskell code using GHC’s new LLVM codegen
  13. ↑ LambdaVM
  14. ↑ JVM-Bridge
  15. ↑ The Jaskell Project Home Page
  16. ↑ Running Haskell on the CLR (using UHC)
  17. ↑ 1.5.1 Why isn’t GHC available for .NET or on the JVM?
  18. ↑ кодогенератор JavaScript для GHC(недоступная ссылка)
  19. ↑ Yhc/Javascript, YCR2JS, a Converter of Yhc Core to Javascript
  20. ↑ (англ.)Коммерческие применения языка Хаскель
  21. ↑ Bluespec
  22. ↑ Gamr7: UrbanPAD. The Software for 3D city & buildings creation.
  23. ↑ Астапов Дмитрий Использование Haskell при поддержке критически важной для бизнеса информационной системы // Практика функционального программирования : Журнал. — 2009. — № 2. — С. 53—69.

Литература

Ссылки

Трансляторы языка Haskell

Просмотр этого шаблона Основные языки программирования (сравнение • IDE • история • хронология)
Используемыев разработке Ада • APL • Язык ассемблера • ActionScript • ABAP/4 • AutoIt • AWK • Бейсик • Си • Кобол • C++ • C# • Cω • Clarion • Clojure • ColdFusion • Common Lisp • D • dBase • Delphi • Eiffel • Erlang • Euphoria • F# • Форт • Фортран • Gambas • Go • Groovy • HAL/S • Haskell • Icon • Java • JavaScript • Limbo • Lua • Модула-3 • Object Pascal • Objective-C • OCaml • Oz • Parser • Паскаль • Компонентный Паскаль • Perl • PHP • PowerBASIC • Python • ПЛ/1 • Пролог • Ruby • Scala • Scheme • Smalltalk • SQL • PL/SQL • Tcl • Vala • Visual Basic (.NET)
Академические Agda • Clean • Curry • Лого • ML • РЕФАЛ • Симула • Оберон
IEC 61131-3 Instruction List • ST • FBD • Ladder Diagram (LD) • SFC
Прочие Алгол • Алгол 68 • Модула-2 • Миранда • Hope
Эзотерические HQ9+/HQ9++ • INTERCAL • Brainfuck • Brainfork • Befunge • Malbolge • Piet • Spoon • Unlambda • Whitespace • FALSE • LOLCODE
Визуальные G (LabVIEW) • Microsoft VPL • Sikuli • VisSim • Алиса • ДРАКОН • Скретч