为啥 Haskell 没有在函数签名中推断数据类型的类型类？

Posted 2023-02-22

【中文标题】为啥 Haskell 没有在函数签名中推断数据类型的类型类？

【英文标题】：Why does Haskell stop short of inferring the datatype's typeclasses in the function signatures?为什么 Haskell 没有在函数签名中推断数据类型的类型类？

【发布时间】：2011-01-11 08:05:47

【问题描述】：

首先，这个问题并非 100% 特定于 Haskell，请随意评论类型类、接口和类型的一般设计。

我正在阅读LYAH - creating types and typeclasses以下是我正在寻找更多信息的段落：

Data (Ord k) => Map k v = ...  

但是，这是一个非常强大的约定 在 Haskell 中永远不要添加类型类 数据声明中的约束。为什么？ 好吧，因为我们没有得到很多好处， 但我们最终写了更多的课 约束，即使我们不需要 他们。如果我们放置或不放置 Ord k 数据声明中的约束 地图 k v，我们将不得不把 约束成函数 假设地图中的键可以是 订购。但是如果我们不把 数据声明中的约束，我们 不必将 (Ord k) => 放入 函数的类型声明 不在乎钥匙是否可以 订购与否。这样的一个例子 函数是toList，它只需要一个 映射并将其转换为 关联列表。它的类型签名 是 toList :: Map k a -> [(k, a)]。如果 Map k v 在它的 数据声明，toList 的类型 必须是 toList :: (Ord k) => 映射 k a -> [(k, a)]，即使 函数不做任何比较 按键顺序。

乍一看，这似乎是合乎逻辑的——但是将类型类附加到类型上没有好处吗？如果类型类是类型的行为，那么为什么要通过使用类型（通过函数）而不是类型本身来定义行为？我假设有一些元编程可以利用它，它肯定是很好的描述性代码文档。相反，这在其他语言中会是一个好主意吗？在方法上指定对象应符合的接口是否理想，这样如果调用者不使用该方法，则对象不必符合接口？此外，为什么 Haskell 不能推断出使用类型 Foo 的函数必须引入类型 Foo 声明中标识的类型类约束？是否有编译指示可以启用此功能？

当我第一次阅读它时，它让人联想到“这是一个 hack（或解决方法）响应”。仔细阅读后，听起来很聪明。在第三次阅读时，将其与 OO 世界进行比较，这听起来又像是一个 hack。

所以我来了。

【参考方案1】：

也许Map k v 不是说明这一点的最佳示例。鉴于Map 的定义，即使有些函数不需要(Ord k) 约束，没有它也无法构造Map。

人们经常会发现，即使您将约束设想为原始设计的一个明显方面，也可以在没有特定约束的情况下工作的函数子集非常有用的类型。在这种情况下，将约束从类型声明中去掉会使其更加灵活。

例如，Data.List 包含大量需要 (Eq a) 的函数，但当然列表在没有这种限制的情况下非常有用。

【讨论】：

"没有它就无法构建地图。" -- 这正是我一直觉得 consume 映射的函数上的 Ord 上下文之类的东西是多余的原因，也是 GADT 匹配引入上下文的原因。我有一个Map k v 的事实已经足以证明 k 是有序的。例如，如果我所做的只是从地图中提取内容，我为什么需要一个 Ord 实例？

【参考方案2】：

简短的回答是：Haskell 这样做是因为这就是语言规范的编写方式。

长答案涉及引用GHC documentation language extensions section：

可以使用标准 Haskell-98 语法声明的任何数据类型也可以使用 GADT 样式语法声明。选择主要是风格上的，但 GADT 风格的声明在一个重要方面有所不同：它们以不同的方式处理数据构造函数上的类约束。具体来说，如果给构造函数一个类型类上下文，则该上下文可以通过模式匹配获得。例如：

data Set a where
    MkSet :: Eq a => [a] -> Set a

(...)

所有这些行为都与 Haskell 98 对数据类型声明 (Section 4.2.1 of the Haskell 98 Report) 上下文的特殊处理形成鲜明对比。在 Haskell 98 中定义

data Eq a => Set' a = MkSet' [a]

赋予 MkSet' 与上述 MkSet 相同的类型。但是，MkSet' 上的模式匹配不是提供一个 (Eq a) 约束，而是需要一个 (Eq a) 约束！ GHC 忠实地实现了这种行为，尽管它很奇怪。但是对于 GADT 样式的声明，GHC 的行为更有用，也更直观。

【参考方案3】：

在数据声明中避免类型类约束的主要原因是它们完全没有任何作用；事实上，我相信 GHC 将这样的类上下文称为“愚蠢的上下文”。原因是类字典没有携带数据类型的值，所以无论如何你必须将它添加到对值进行操作的每个函数中。

作为一种对操作数据类型的函数“强制”类型类约束的方法，它也没有真正完成任何事情；函数通常应该尽可能多态，那么为什么要强制约束不需要它的东西呢？

此时，您可能认为应该可以更改 ADT 的语义，以便将值携带到字典中。事实上，这似乎就是GADTs 的全部意义所在；例如，你可以这样做：

data Foo a where  Foo :: (Eq a) => a -> Foo a 
eqfoo :: Foo t -> Foo t -> Bool
eqfoo (Foo a) (Foo b) = a == b

注意 eqfoo 的类型不需要 Eq 约束，因为它是由 Foo 数据类型本身“携带”的。

【讨论】：

我对 Haskell 还很陌生，简要解释一下 GADT 是什么会有所帮助（或链接）。

我对该部分进行了一些修改，并添加了指向 GADT 的 GHC 文档的链接。如果其他人想更好地解释什么是 GADT，那将是受欢迎的！

【参考方案4】：

我想指出，如果您担心可以构造一个对象，该对象的操作需要约束但创建时不需要约束，例如 mkFoo，您总是可以人为地将约束放在 mkFoo 函数上以强制执行使用代码的人对类型类的使用。这个想法还扩展到对 Foo 进行操作的非 mkFoo 类型函数。然后在定义模块时，不要导出任何不强制约束的东西。

虽然我不得不承认，但我认为这没有任何用处。