haskell简明入门

Posted 2020-11-08 lyrichu

本文的主要内容参考自《Haskell趣学指南》

1. What is Haskell?

    以下内容引用自Haskell官网:

Haskell是一个先进的，纯粹的函数式编程语言。一个典型的声明式地，静态类型的代码如下:

primes = filterPrime [2..] 
  where filterPrime (p:xs) = 
          p : filterPrime [x | x <- xs, x `mod` p /= 0]

Haskell 有如下的特性:

• 静态类型(Statically Typed)。Haskell的每一个表达式都有一个在编译时决定的类型。所有的由函数引用组合起来的类型必须相匹配(match up),否则无法正常编译。类型不仅仅是形式上的保证，更是用于表达程序结构的语言。
• 纯粹函数式(Purely functional)。Haskell的每一个函数都是数学意义上的(pure)。即使是有副作用的IO操作也不过是在描述在做什么，同样由纯粹的代码产生。没有声明或者指令，仅仅只有表达式，该表达式不能对变量进行修改(局部变量或者全局变量),或者是获取像时间、随机数这样的状态。
• 类型推断(Type Inference)。你并不需要在Haskell中显式地写出每一种类型，类型将会进行双向推断。当然，你也可以选择自己写出类型，或者让编译为你进行推断。
• 并发(Concurrent)。Haskell可以很容易进行并发编程，这得力于它可以显式地处理effects。它的王牌编译器GHC带有一个高性能的并行的垃圾回收器，还有一个轻量级的并发库，其中包含了很多的有用的并发函数原型以及抽象接口。
• 惰性计算(Lazy)。函数并不会直接计算它们的值。这意味着程序可以在一起组合地非常好，可以通过只写通常的函数就表达控制结构(if/else)。Haskell代码的纯粹性使得它可以轻松将函数链式组合，操作起来非常方便。
• 包(Packages)。你可以在public packages server 上找到非常多的活跃的开源Haskell packages。

2. How to use Haskell?

    你可以下载Haskell的GHC编译器,该编译器可以解释也可以编译Haskell程序。GHC还有一个很有用的交互模式，在终端输入ghci即可进入交互模式。然后运行命令:l demo.hs就可以加载demo.hs中的函数(Haskell程序文件以hs结尾)。如果你对demo.hs做了修改，可以重新运行命令:l demo.hs以重新加载其中的函数。这是我们以后实验学习Haskell的基本流程。

3. Basic Operations

3.1 基本类型

    在终端输入ghci进行入交互模式。如下是一些基本的运算，几乎不用解释就可以看懂。

Prelude> 2+15
17
Prelude> 45*90
4050
Prelude> 568-23
545
Prelude> 3/2
1.5
Prelude> (90-23)*8
536
Prelude> 50*(100-9028)
-446400
Prelude> True && False
False
Prelude> True && True
True
Prelude> False || True
True
Prelude> not False
True
Prelude> not (True && True)
False
Prelude> 5 == 4
False
Prelude> 5 == 5
True
Prelude> "Hello" == "Hello"
True
Prelude> 5 /= 4
True
Prelude> 5 /= 5
False

3.2 基础函数

3.2.1 Haskell 常用内置函数

• succ。succ 函数返回一个数的后继。比如:

  Prelude> succ 10
  11

  注意Haskell中函数的调用参数是使用空格的，这一点和传统的编译型语言有很大的不同。

• pred。pred函数和succ函数相反，它返回一个数字的前驱。比如:

  Prelude> pred 10
  9

• min。min函数接收两个数字参数，返回这两个数字的最小值。比如:

  Prelude> min 10 3.4
  3.4

  如果要比较多个数字的最小值，直接传递多个数字作为参数会报错，比如:

  Prelude> min 1 19 23
  <interactive>:21:1:
  Non type-variable argument in the constraint: Num (a -> t)
  (Use FlexibleContexts to permit this)
  When checking that ‘it’ has the inferred type
    it :: forall a t. (Num a, Num (a -> t), Ord (a -> t)) => t

  我们可以通过多次调用min函数(注意需要加括号)来解决:

  Prelude> min 1 (min 9 23)
  1

• max。max函数返回两个数字的最大值。比如:

  Prelude> max 9.9 9.0
  9.9

• Haskell中函数拥有最高的优先级。下面两句是等效的:

  Prelude> succ 10 + max 10 20 * 3
  71
  Prelude> (succ 10) +(max 10 20)*3
  71

  注意succ 9*10的值是100而不是91，这是因为计算的顺序是先计算succ 9得到10,然后再计算10*10=100,如果我们要计算9*10的后继，需要写成succ (9*10)的形式。

• div。div函数计算一个整数除以另外一个整数的结果，比如:

  Prelude> div 10 3
  3
  Prelude> div 10 5
  2

  需要注意的是，div函数接收的两个参数必须是整数，第一个是被除数，第二个是除数，如果除不尽则返回商，舍弃余数。传入数字不能是浮点数，比如下面的形式会报错:

  Prelude> div 1.2 3
  <interactive>:31:1:
  No instance for (Fractional a0) arising from a use of ‘it’
  The type variable ‘a0’ is ambiguous
  Note: there are several potential instances:
    instance Integral a => Fractional (GHC.Real.Ratio a)
      -- Defined in ‘GHC.Real’
    instance Fractional Double -- Defined in ‘GHC.Float’
    instance Fractional Float -- Defined in ‘GHC.Float’
  In the first argument of ‘print’, namely ‘it’
  In a stmt of an interactive GHCi command: print it

  3.2.2 构建自己的函数

• doubleMe。doubleMe函数的定义如下:

  doubleMe x = x + x -- 将数字变为两倍

  这个函数非常简单，就是返回一个数字的两倍。注意上面函数的定义方式:首先是函数名字，然后是空格分隔的参数，接着是等于号，等于号后面的是函数的实现。要运行这个函数，需要把它写在一个文件里，比如add.hs,然后输入ghci进入命令行模式，输入:l add.hs就可以加载函数了。下面是它的调用计算结果:

  Prelude> :l add.hs 
  [1 of 1] Compiling Main             ( add.hs, interpreted )
  Ok, modules loaded: Main.
  *Main> doubleMe 2
  4
  *Main> doubleMe 3
  6

• doubleUs。该函数接收x,y两个参数，然后返回这两个参数之和的两倍。定义如下:

  doubleUs x y = x*2 + y*2 -- 两个数字变为两倍然后相加

  调用计算结果为:

  *Main> doubleUs 1 3
  8
  *Main> doubleUs 0 2
  4

• useDoubleMe。该函数功能和doubleUs一样，只不过其调用了doubleMe两次，代码如下:

  useDoubleMe x y = doubleMe x + doubleMe y -- 调用简单函数

  对了，忘了说了,haskell中注释是--。

• doubleSmallNumber。该函数使用if else语句实现的功能是:如果x小于100则返回x;否则返回x的两倍。代码如下:

  doubleSmallNumber x = if x < 100 then x else 2*x --如果x小于100返回x,否则返回2*x

  调用结果为:

  *Main> doubleSmallNumber 20
  20
  *Main> doubleSmallNumber 200
  400

  需要注意的是Haskell中if和else一定是一起出现的，else不可以省略，而且本质上if和else都是需要返回一个值。Haskell中所有的函数和表达式都需要返回一个结果，if语句就是一个表达式，所以它一定会返回一个结果。

• doubleSmallNumber‘。doubleSmallNumber‘函数(注意函数最后有一个‘)返回的结果是doubleSmallNumber返回值加1,定义为:

  doubleSmallNumber‘ x = (if x < 100 then x else 2*x) + 1 -- doubleSmallNumber返回值加1

  我们通常在Haskell中在函数名字最后加一个‘来表示对某个函数稍微修改之后得到的新函数。上面的函数如果把括号去掉，那么只会在x>=100的时候加1了。另外需要注意的是，Haskell的函数名字开头不能是大写字母。

• conanO‘Brien。conanO‘Brien是一个没有参数的函数，这样的函数也被称为"定义"或者"名字"。conanO‘Brien定义如下:

  conanO‘Brien = "It‘s a-me, Conan O‘Brien!" -- 没有参数的函数

  上面的conanO‘Brien函数定义好了之后，conanO‘Brien就与字符串"It‘s a-me, Conan O‘Brien!"等价了，而且字符串的值是不可以修改的。