Haskell(发音为/ˈhæskəl/)是一种标准化的,通用的纯函数
编程语言,有非限定性语义和强静态类型。它的命名源自
美国逻辑学家
哈斯凯尔·加里,他在数理逻辑方面上的工作使得函数式编程语言有了广泛的基础。在Haskell中,“函数是第一类对象”。作为一门函数编程语言,主要控制结构是函数。Haskell语言是1990年在编程语言
Miranda的基础上标准化的,并且以λ演算为基础发展而来。这也是为什么Haskell语言以希腊字母“λ”(Lambda)作为自己的标志。Haskell具有“证明即程序、命题为类型”的特征。
发展
1985年,Miranda发行后,惰性函数式语言的关注度增长。到1987年前,出现了十多种非限定性、纯函数式语言。其中,Miranda使用得最为广泛,但还没有在公共领域出现。在美国波特兰州俄勒冈的函数式编程语言与
计算机结构大会(FPCA '87)上,与会者一致同意组成一个委员会,为这样的语言定义一种开放性标准。该委员会旨在整合已有的函数式语言,为将来的函数式语言设计研究工作奠定基础。
Haskell 1.0到1.4
1990年定义了Haskell的第一个版本(“Haskell 1.0”)。委员会形成了一系列的语言定义(1.0,1.1,1.2,1.3,1.4)。
Haskell 98
1997年底,该系列形成了Haskell 98,旨在定义一个稳定、最小化、可移植的语言版本以及相应的标准库,以用于教学和作为将来扩展的基础。委员会明确欢迎创建各种增加或集成实验性特性的Haskell 98的扩展和变种。
1999年2月,Haskell 98语言标准公布,名为《The Haskell 98 Report》。2003年1月,《Haskell 98 Language and Libraries: The Revised Report》公布。接着,
格拉斯哥 Haskell
编译器(GHC)实现了当时的de facto标准,Haskell快速发展。
Haskell Prime
2006年早期,开始了定义Haskell 98标准后续的进程,非正式命名为Haskell Prime。这是个修订语言定义的不断增补的过程,每年产生一个新的修订版。第一个修订版于2009年11月完成、2010年7月发布,称作Haskell 2010。
Haskell 2010
Haskell 2010加入了外部函数接口(Foreign Function Interface,FFI),允许绑定到其它
编程语言,修正了一些语法问题(在正式语法中的改动)并废除了称为“n加k模式”(换言之,不再支持fact(n+1)=(n+1)*fact n)。引入了语言级编译选项语法扩展(Language-Pragma-Syntax-Extension),使得在Haskell源代码中可以明确要求一些扩展功能。Haskell 2010引入的这些扩展的名字是DoAndIfThenElse、HierarchicalModules、EmptyDataDeclarations、FixityResolution、ForeignFunctionInterface、LineCommentSyntax、PatternGuards、RelaxedDependencyAnalysis、LanguagePragma、NoNPlusKPatterns。
特性
Haskell是现有的一门开放的、已发布标准的,且有多种实现的语言。支持惰性求值、模式匹配、列表解析、类型类和类型多态。它是一门纯函数
编程语言,这意味着大体上,Haskell中的函数没有副作用。Haskell用特定的类型来表达副作用,该类型与函数类型相互独立。纯函数可以操作并返回可执行的副作用的类型,但不能够执行它们,只有用于表达副作用的类型才能执行这些副作用,Haskell以此表达其它语言中的非纯函数。
Haskell拥有一个基于Hindley-Milner类型推论的静态、强类型系统。Haskell在此领域的主要创新就是加入了类型类(type class),原本设想作为重载的主要方式,在之后发现了更多用途。
Haskell的主要实现GHC是个解释器,也是个原生代码编译器。它可以在大多数平台运行,GHC在并发和并行上具有高性能的实现能力,也有丰富的类型系统,如广义
代数数据类型和类型族(Type Families)。
单子是一个抽象类型,可以表达不同种类的计算,包括异常处理、非确定性、语法分析以及软件事务内存,其中一个应用是用于表达副作用的类型。单子定义为普通的数据类型,同时Haskell也为其提供了几种语法糖。
Haskell有一个活跃的社区,在线上包仓库Hackage上有丰富的第三方开源库或工具。
语法
数据类型
Haskell是强类型语言。Char的字面值用单引号围起;字符串即[Char]类型,其字面值用双引号括起来。Int通常为32位整型Integer是无界整型Float表示单精度的
浮点数Double表示双精度的浮点数Bool只有两种值:True和False。
List
使用[]与逗号分隔符,定义一个list的实例。其元素必须具有相同类型。字符串是list的特例。用:把元素与list、其他元素连接(cons)起来。:是右结合的运算符。[1,2,3]实际上是1:2:3:[]的语法糖。两个List合并通过++运算符实现。按照索引获取List中的元素,可以使用!运算符,索引的下标为0。List中的List可以是不同长度,但必须得是相同的型别。['K'..'Z']这样的Range方法快捷定义一个List。[2,4..20]用法给出了Range的第一、第二、最后一个元素。使用 \u003e和\u003e=可以比较List的大小。它会先比较第一个元素,若它们的值
相等,则比较下一个,以此类推。List常用的函数:
list comprehension是指基于一个List,按照规则产生一个新List,例如:[x*2 | x \u003c- [1..10], x*2 \u003e= 12]
Tuple
使用( )与逗号分隔符,定义一个tuple的实例。其元素可以使不同类型,但个数是固定的。
Tuple的类型取决于其中项的数目与其各自元素的类型。单元素的 Tuple 被禁止。
运算符
基本的 Typeclass:
表达式
case expression of pattern -\u003e resultpattern -\u003e resultpattern -\u003e result...
控制结构
if then else是分段函数定义时的语法糖。与
c语言不同,要求必须有else部分。类似于C语言分支语句的情形,叫做pattern matching,例子如下:
函数
函数调用有最高运算顺序,例如succ 9*10表示(succ 9)*10。
函数的调用使用空格符而不是括号。
函数的复合调用是左结合
首字母大写的函数是不允许的
两个参数的函数的调用可以写成中缀形式: param1 `funcName` param2
运算符可以用括号围起来,作为前缀形式:(+) 2 3 的结果为5
在 ghci 下,我们可以使用 ``let`` 关键字来定义一个常量。在 ghci 下执行 ``let a=1`` 与在脚本中编写 ``a=1``等价的
多态类型(Polymorphic types)类似于
C++的模板。例如,算术加法:
(+) :: (Num a) =\u003e a -\u003e a -\u003e a -- Num是typeclass。 =\u003e表示signature restricts
lambda函数
lambda 就是匿名函数。写法是:一个 \ (因为它看起来像是希腊字母λ),后面是用空格分隔的参数,-\u003e 后面是函数体。通常用括号将括起lambda函数,否则它会占据整个右边部分。
例如:(\a b -\u003e (a * 30 + 3) / b)
可以在 lambda 中使用模式匹配,但无法为一个参数设置多个模式,如 [] 和 (x:xs)并用。
使用 lambda 可以更明确地表现出值是个函数,可以用来传递给其他函数作参数。
高阶函数
Haskell的所有函数实际上是单参数函数。多参数函数的写法实际上是Curry化的语法糖。即 func a b等价于(func a) b
point free style (也称作 pointless style) 的函数,即通过柯里化 (Currying)省略掉单参数。例如:
sum' :: (Num a) =\u003e [a] -\u003e asum' xs = foldl (+) 0 xs--等号的两端都有个 xs。 sum'= foldl (+) 0--柯里化 (Currying),可以省掉两端的 xs。
中缀运算符可以加括号变为单参数函数。如 (*3) 5 的值为15。 但(-5)表示负值,所以单参数函数需要写为(subtract 5)。
中缀运算符 f (g (z x)) 与 f $ g $ z x 等价。其定义是:
($) :: (a -\u003e b) -\u003e a -\u003e b f = f x
$ 还可以将数据作为函数使用。例如:
map () [(4+),(10*),(^2),sqrt]
中缀运算符.用于函数的复合,其定义是:
(.) :: (b -\u003e c) -\u003e (a -\u003e b) -\u003e a -\u003e c f . g = \x -\u003e f (g x)
异常处理
提供了处理异常的函数Template:Haskell/Template:Haskell/Template:Haskell/Template:Haskell.
输出结果
(1,42)
另外一个例子:
如果仅有一个错误条件,Template:Haskell类足够用了,确省是Haskell的Template:Haskellclass. 更复杂的出错处理用Template:Haskell或Template:Haskellmonads, 类似功能可用Template:Haskell。
语言
以Haskell为基础的衍生语言有很多种,它们分别是:并行Haskell,扩充Haskell(旧名Goffin),Eager Haskell, Eden,
脱氧核糖核酸Hakell 和面向对象的变体(Haskell++, O'Haskell, Mondrian)。另外Haskell还被作为其他语言设计新功能时的样板,例如
Python中的Lambda标记语句。
参考资料
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362