Haskell

Haskell 简介#

简介#

  • Haskell 是一种标准化的纯函数式、强静态类型编程语言；

特点#

  • 纯函数式：

    • 函数是第一类对象，函数可像整数等其他数据类型一样使用，并作为主要控制结构使用；
    • Haskell 程序不以执行指令为中心，而以求表达式的值为中心；

    备注

    命令式语言通过指令命令计算机“做什么”（将 1 到某数之间的所有数字相乘）。

    而函数式语言通过函数描述问题“是什么”（“阶乘是从1到某数间所有数字的乘积”）。

  • 引用透明：

    • 无可变性，一切数据都不可变；
    • 表达式没有副作用（如更改全局变量或输出变量）；
    • 调用相同函数并传入相同参数，得到的结果始终相同；

  • 惰性：表达式在不需要时不会求值；

    备注

    设有列表xs = [1,2,3,4,5,6,7,8]和可以将列表所有元素都乘以二的函数doubleMe。在命令式语言中，doubleMe(doubleMe(doubleMe(xs)))需要将列表遍历三遍才能得到结果；而在惰性语言中，最里层的函数会先将列表第一个元素乘以二，然后传递给中层函数，最后传递给最外层函数，得到结果 8，之后再提取第二个元素，依此类推。

  • 静态类型：编译时需要明确表达式的类型；

  • 类型推断：Haskell 能自动推导类型，不需要声明所有变量；

优点#

  • 引用透明表示可通过等式进行公式推导；
  • 可通过定义新函数来创造新的控制结构；
  • 可定义和处理无限长度的数据结构；
  • 实现一种可分解的编程风格；

缺点#

  • 时间和空间复杂度更难计算；

简史#

  • 20 世纪 30 年代，美国数学家阿隆佐·邱奇首次发表 λ 演算，通过符号表达变量的绑定和替换来抽象化定义函数计算，用于表示任何图灵机，是函数式语言的重要基石；
  • 1958 年，斯坦福大学教授约翰·麦卡锡受卡内基大学开发的 IPL 语言影响，开发出函数式语言 Lisp；
  • 20 世纪 60 年代，牛津大学的彼得·兰丁和克里斯托夫·斯特拉奇明确了 λ 演算对函数式编程具有极高的重要性；
  • 1966 年， 两人开发出基于 λ 演算的纯函数式语言 ISWIM，奠定了函数式语言设计的基础；
  • 1975 年， 麻省理工学院的格里·萨斯曼和盖伊·斯蒂尔开发出更接近 λ 演算的语言 Scheme，广泛应用于实践和教学中；
  • 1977 年，美国计算机科学家约翰·巴克斯开发出函数式语言 FP，引入了 BNF 符号系统，开发了语言编译器，并获得图灵奖；
  • 同时期，剑桥大学的罗宾·米尔纳开发出 ML，并发展出多态类型系统 HM-System，包括类型推断和类型安全与异常处理机制，Haskell 使用的便是该种类型系统；
  • 1985 年，Miranda 发行，惰性函数式语言的关注度增长；
  • 1987 年之前，出现了十多种纯函数式语言，其中 Miranda 使用最广泛；
  • 1987 年，俄勒冈波特兰的函数式编程语言与计算机结构大会上，参会者决定成立委员会集成已有函数式语言，为这种语言定义一种开放标准，该语言将用作研究和教授函数式编程的工具，委员会用美国数学家哈斯克尔·布鲁克斯·柯里的名字来命名该语言，以纪念他在 λ 演算和组合逻辑方面作出的贡献；
  • 1990 年，委员会发布 Haskell 1.0，并在之后形成了一系列语言定义；
  • 1997 年，委员会发布 Haskell 98；
  • 1999 年， Haskell 98 标准公布，名为《The Haskell 98 Report》；
  • 2003 年，《Haskell 98 Language and Libraries: The Revised Report》公布；
  • 同年，Glasgow Haskell Compiler 实现该标准；
  • 2006 年， Haskell 98 标准继续改进，非正式版命名为 Haskell Prime，每年产生一个修订版；
  • 2010 年，第一个修订版发布，命名为 Haskell 2010，其影响延续至今；

工具#

Haskell 项目#

  • GHC：Haskell 编译器；

  • GHCi：Haskell 的交互式解释器，GHC 自带；

  • Cabal：Haskell 包管理器和包生成器；

  • GHCup：GHC 和 Cabal 的工具链安装器；

  • Stack：跨平台的 Haskell 项目管理工具，包括 GHC 安装、项目编译、依赖安装等；

  • Haskell Platform：打包的 Haskell 开发环境，包括以上所有工具，并附加 35 个核心库和其他广泛使用的包，支持代码覆盖率检查；

    备注

    Haskell Platform 2022年后已弃用，推荐使用 GHCup。

  • HLS：Haskell 语言服务器，可集成于编辑器；

  • Haddock：事实上的 Haskell 文档生成器；

备注

推荐使用 GHCup 安装 GHC、Cabal、HLS 和 Stack，再使用 Stack 管理项目。

IDE#

  • VSCode：Haskell 插件；
  • IntelliJ IDEA：HaskForce 插件；

文件#

  • .hs：Haskell 源代码文件；

    • 单行注释：连续的两个减号之后的所有内容都会视为注释；

      -- 单行注释

    • 多行注释：大括号/减号对内为注释；

      {- 多行注释用
   减号和花括号包围 -}

  • .lhs：Literate Haskell 文件，支持文学编程；

    • 文学编程：由唐纳德·克努特博士发明，旨在让代码成为人人间的交流工具而非人机间的指令集合；

    • 可用 Haddock 工具将.lhs文件转换为 Haskell 文档；

    • 格式：

      • Bird 风格：由理查德·伯德发明；

        该文件为 Literate Haskell 文件。
任何字符均视为注释。

> x :: Int  -- 这里是代码块
> x = 3

代码块前后必须有空行。
        • 任何以>后跟一个空格开头的行为代码行，前后必须各保留一个空行；
        • 其余内容均视作注释；

      • LaTeX 风格：

        该文件为 LaTeX 风格的文学 Haskell 文件。
\begin{code}
y :: [Integer]
y = [1,2,3,4]
\end{code}
        • 代码块使用\begin{code}和\end{code}环境包围；
        • 可使用lhs2TeX工具将.lhs转换为 Haskell 文档；