为什么我要学小众语言Haskell？ by 程鹏

Posted 2021-04-25 终端团团

Haskell号称是最“纯粹”的编程语言。它长期混迹于 TIOBE 编程语言排行榜的50名上下，毫无疑问是相当小众的。略带清高，又十分小众，这就是典型的“文艺”标签啊！这样一门语言，是否值得花时间学呢？

自古以来，就有“学以致用”和“学以悟道”两派。前者暗暗透着儒家的入世理念，而后者多少有点道家的出世风骨。有人说，中国人在得志的时候往往是儒家，在失意的时候往往是道家。最后《菜根谭》出世，说“思入世而有为者，须先领得世外风光，否则无以脱垢浊之尘缘；思出世而无染者，须先谙尽世中滋味，否则无以持空寂之后苦趣。”我深以为然！

举个例子，看看学Haskell如何出世，又如何入世。

排列组合是经常在面试中考查的题目。用Haskell来写实在是太简洁了。

Haskell code

permutation _ [] = [[]] permutation 0 xs = [[]] permutation n xs = concatMap (\x -> map (x:) $ permutation (n - 1) (delete x xs)) xs combination _ [] = [[]] combination 0 xs = [[]] combination n (x:xs) | n == length (x:xs) = [x:xs] | True = map (x:) (combination (n - 1) xs) ++ combination n xs

如何使用呢？也很酷。

执行排列函数的示例

*Main> permutation 3 [1,2,3] [[1,2,3],[1,3,2],[2,1,3],[2,3,1],[3,1,2],[3,2,1]]

执行组合函数的示例

*Main> combination 2 [1,2,3] [[1,2],[1,3],[2,3]]

从3个数里面列出2个数的组合，然后对2个数的每个组合做排列

*Main> map (permutation 2) (combination 2 [1,2,3]) [[[1,2],[2,1]],[[1,3],[3,1]],[[2,3],[3,2]]]

从1到20中，找出任意2个数相加等于10的组合

*Main> filter (\x -> sum x == 10) (combination 2 [1..20]) [[1,9],[2,8],[3,7],[4,6]]

在Haskell的奇异世界里面游历了一趟之后，看看怎么回来入世。先用Python写一遍。

Python code

def delete(xs, x): _xs = xs[:] _xs.remove(x) return _xs def permutation(n, xs): if xs == [] or n == 0: return [[]] return reduce(lambda a, b: a + b, map(lambda x: map(lambda px: [x] + px, permutation(n - 1,delete(xs, x))), xs)) def combination(n, xs): if xs == [] or n == 0: return [[]] if n == len(xs): return [xs] return map(lambda px: [xs[0]] + px, combination(n - 1, xs[1:])) + combination(n, xs[1:])

Python代码和Haskell的大致上可以做到一一对应，但是其中也有一些微妙的区别。

传统的静态语言规定要在代码中显式地描述类型，比如此例中，n应该是一个整形，而xs应该是一个列表。静态语言的这个要求是为了编译时核对类型，以便检查出编码中的类型错误。Python和Haskell在形式上都没有对参数的类型进行描述，这两者在实质上却是不同的。Haskell也是静态语言，但因为它语法上更纯粹，大多数情况下可以自动推导出类型，不需要程序员显式描述。Python是动态语言，它天生缺乏编译时类型检查，这个有利有弊，牺牲了类型安全，但是换来了运行时动态修改类型的能力。

另外，用Python写的时候，额外编写了一个delete函数。这是因为列表的内置方法remove()返回的是None，也就是说并没有返回修改后的列表，导致没法直接写成permutation(n - 1, xs.remove(x))。其实，让remove()返回修改后列表是很简单的，也不会额外增加开销，因为返回的是引用。Python为何如此设计，我还没有查到原因。但可以猜想的是，Python一直以来秉持实用至极的设计原则，糅杂了各派编程思想，千头万绪之下，难免遗漏一些缝隙。所以它虽然引入了map、reduce、lambda等函数式零件，但在配套设计上仍有改进空间。

如果没有之前Haskell的过渡，我想我很难一下子想出Python的这种写法，也很难对Python语言的某些细节有更深入的领悟。

最后，用C++入一次世。

C++ code

template <typename input_iterator> vector<vector<typename iterator_traits<input_iterator>::value_type>> permutation(unsigned int n,input_iterator begin, input_iterator end) { typedef iterator_traits<input_iterator>::value_type value_type; if (begin == end || n == 0) return vector<vector<value_type>>(1, vector<value_type>()); vector<vector<value_type>> ys; for (input_iterator it_x = begin; it_x != end; ++it_x) { vector<value_type> xs(begin, end); xs.erase(std::remove(xs.begin(), xs.end(), *it_x), xs.end()); vector<vector<value_type>> pxs = permutation(n - 1, xs.begin(), xs.end()); for (vector<vector<value_type>>::iterator it_px = pxs.begin(); it_px != pxs.end(); ++it_px) it_px->push_back(*it_x); ys.insert(ys.end(), pxs.begin(), pxs.end()); } return ys; } template <typename input_iterator> vector<vector<typename iterator_traits<input_iterator>::value_type>> combination(unsigned int n,input_iterator begin, input_iterator end) { typedef iterator_traits<input_iterator>::value_type value_type; if (begin == end || n == 0) return vector<vector<value_type>>(1, vector<value_type>()); if (n == std::distance(begin, end)) return vector<vector<value_type>>(1, vector<value_type>(begin, end)); vector<value_type> xs(begin, end); value_type x0 = xs.back(); xs.pop_back(); vector<vector<value_type>> cxs1 = combination(n - 1, xs.begin(), xs.end()); for (vector<vector<value_type>>::iterator it_cx = cxs1.begin(); it_cx != cxs1.end(); ++it_cx) it_cx->push_back(x0); vector<vector<value_type>> cxs2 = combination(n, xs.begin(), xs.end()); cxs1.insert(cxs1.end(), cxs2.begin(), cxs2.end()); return cxs1; }

为了和Haskell代码对应起来，这里没有用最优化的方法来编写C++代码。比如，没有使用C++最新版的新特性lambda表达式。因为C++的lambda表示式还要描述参数类型，而这里又是泛型参数，写出来要比Haskell和Python的长得多，嵌入这种复杂的语句，反而增加了阅读困难。另外，考虑性能的话，其实不用调用erase()、pop_back()，引用区间时对末尾减一即可。

但是可以看到有了Haskell的铺垫，C++能够比较清晰地做到支持泛化参数。

对比Haskell和C++的代码，可以看到C++为了同时兼顾类型安全和泛化所付出的代价，这也是C++难以精通的原因之一。

入世之道，尽在出世之中，我想这就是Haskell给我的最大收益吧……