реферат по Haskell. ПРИZS-341 Исаков Д.С. реферат по haskell. Функциональный язык программирования Haskell

Название	Функциональный язык программирования Haskell
Анкор	реферат по Haskell
Дата	13.11.2019
Размер	33.95 Kb.
Формат файла
Имя файла	ПРИZS-341 Исаков Д.С. реферат по haskell.docx
Тип	Реферат #94935

ФГБОУ ВО

«Ростовский Государственный Экономический Университет (РИНХ)»

Кафедра Информационных систем

и прикладной информатики

Реферат

На тему: «Функциональный язык программирования Haskell»

По дисциплине: Функциональное и логическое программирование

Выполнил:
Студент группы
ПРИZS-341
Исаков Д.С.

Ростов-на-Дону 2019

Содержание

Введение 3

Описание языка, основные команды и функции 4

Статическая система типов 4

Логический вывод типов 4

Чистота функциональности 5

Параллельность 6

Конкретное применение и примеры 8

Возьмём простой пример всем известной программы Hello world. 8

Стоит отметить, что в данной программе, написанной на Haskell, обязательной является только последняя строка. Первые две строки могут быть опущены. Следующий пример - вычисление факториала несколькими способами: 8

Сортировка Quicksort на Haskell 9

Заключение 10

Список источников 11

Введение

Язык программирования Haskell, названный в честь Хаскелля Брукса Карри, чьи работы в области математической логики служат основой функциональных языков - это стандартизированный, чистый функциональный язык программирования общего назначения, довольно отличающийся от остальных языков программирования, также часто называемый “ленивым” языком программирования. Haskell основан на лямбда-исчислении, поэтому лямбда используется как логотип. Язык специально разработан, чтобы оперировать широким спектром функций, от численных до символических. Поэтому Haskell имеет ясный синтаксис и богатое разнообразие встроенных типов данных, включая длинные целые и рациональные числа, а также обычные целые числа, числа с плавающей запятой и булевые типы.

Описание языка, основные команды и функции

Статическая система типов

Каждое выражение в Haskell имеет тип, который устанавливается во время компиляции. Приложение должно сопоставить все типы. Если они не совпадают, то компилятор не выполнит программу. Типы являются не только формой гарантии, но и языком выражения конструкции программы.

Все переменные в Haskell имеют тип:

char = 'a' :: Char

int = 123 :: Int

fun = isDigit :: Char -> Bool

Если не передать функции переменные правильных типов, компилятор отвергнет программу:

Type error

isDigit 1

Есть возможность декодировать байты в текст:

bytes = Crypto.Hash.SHA1.hash "hello" :: ByteString

text = decodeUtf8 bytes :: Text

Но нельзя декодировать текст, который уже является последовательностью символов Unicode:

Type error

doubleDecode = decodeUtf8 (decodeUtf8 bytes)

Логический вывод типов

Не обязательно явно назначать тип каждой переменной в Haskell. Типы будут назначены двунаправленной унификацией типов. Однако можно обозначить типы, которые мы выбираем, или попросить компилятор обозначить их за нас для легкодоступной документации.

В данном примере для каждой связи есть сигнатура типа:

main :: IO ()

main = do line :: String <- getLine

print (parseDigit line)

where parseDigit :: String -> Maybe Int

parseDigit ((c :: Char) : _) =

if isDigit c

then Just (ord c - ord '0')

else Nothing

Но можно просто написать следующее:

main = do line <- getLine

print (parseDigit line)

where parseDigit (c : _) =

if isDigit c

then Just (ord c - ord '0')

else Nothing

Также можно использовать вывод типов во избежание траты времени, объясняя, чего мы хотим:

do ss <- decode "[\"Hello!\",\"World!\"]"

is <- decode "[1,2,3]"

return (zipWith (\s i -> s ++ " " ++ show (i + 5)) ss is)

=> Just ["Hello! 6","World! 7"]

Типы независимо определяют спецификацию синтаксического анализатора. То есть ввод данного типа не приемлем:

do ss <- decode "[1,2,3]"

is <- decode "[null,null,null]"

return (zipWith (\s i -> s ++ " " ++ show (i + 5)) ss is)

=> Nothing

Функции не вычисляют свои аргументы. Это значит, что программа может довольно хорошо сформироваться, с возможностью писать проверяющие конструкции (н-р if/else), просто составляя нормальные функции. Чистота кода Haskell облегчает соединение цепочек из функций, предоставляя преимущество в производительности.

Определить проверяющие конструкции можно следующим образом:

when p m = if p then m else return ()

main = do args <- getArgs

when (null args)

(putStrLn "No args specified!")

Чистота функциональности

Каждая функция в Haskell - это функция в математическом смысле (т.е. "чистая"). Даже операции ввода/вывода, влекущие за собой некоторые побочные эффекты и являющиеся только описанием действия, написаны на чистом коде. Здесь нет утверждений и инструкций, только выражения, которые не могут видоизмениться в переменные (локальные или глобальные) и которые не имеют доступ к структурам таким как время или случайные числа.

Следующая функция принимает целое число и возвращает целое число. Из-за типа она не может произвести побочного эффекта во что бы то ни было, она не может изменить ни один из своих аргументов.

square :: Int -> Int

square x = x * x

Следующее соединение строк будет произведено успешно:

"Hello: " ++ "World!"

Однако следующий пример выдаст ошибку типов:

Type error

"Name: " ++ getLine

так как getLine имеет тип IO String, а не String как "Name: ". Поэтому из-за системы типов вы не можете смешивать и соотносить чистое и нечистое.

Параллельность

Haskell хорошо сочетается с параллельным программированием из-за явной обработки эффектов. В его ведущем компиляторе, GHC, присутствует высоко производительный параллельный сборщик мусора и легковесная библиотека распараллеливания, содержащая полезные примитивы распараллеливания и абстракции.

Потоки легко устанавливаются и связываются со стандартной библиотекой:

main = do

done <- newEmptyMVar

forkIO (do putStrLn "I'm one thread!"

putMVar done "Done!")

second <- forkIO (do delayThread 100000

putStrLn "I'm another thread!")

killThread second

msg <- takeMVar done

putStrLn msg

Использование асинхронного API для потоков:

do a1 <- async (getURL url1)

a2 <- async (getURL url2)

page1 <- wait a1

page2 <- wait a2

...

Атомарные потоки с программной транзакционной памятью:

transfer :: Account -> Account -> Int -> IO ()

transfer from to amount =

atomically (do deposit to amount

withdraw from amount)

Атомарные транзакции должны быть повторяющимися, поэтому независимый ввод/вывод запрещен в системе типов:

Type error

main = atomically (putStrLn "Hello!")

Конкретное применение и примеры

Возьмём простой пример всем известной программы Hello world.

module Main where

main :: IO ()

main = putStrLn "Hello, World!"
Стоит отметить, что в данной программе, написанной на Haskell, обязательной является только последняя строка. Первые две строки могут быть опущены.

Следующий пример - вычисление факториала несколькими способами:
-- Пояснение типов (не обязательно)

factorial :: (Integral a) => a -> a

-- С использованием рекурсии

factorial n | n < 2 = 1

factorial n = n * factorial (n - 1)

-- С использованием рекурсии с ограничением

factorial n

| n < 2 = 1

| otherwise = n * factorial (n - 1)

-- С использованием рекурсии, но без отождествления

Using recursion but written without pattern matching

factorial n = if n > 0 then n * factorial (n-1) else 1

-- С использованием списков

factorial n = product [1..n]

-- С использованием fold (встроенное)

factorial n = foldl (*) 1 [1..n]

-- Point-free

factorial = foldr (*) 1 . enumFromTo 1

Сортировка Quicksort на Haskell

quicksort :: Ord a => [a] -> [a]

quicksort [] = []

quicksort (p:xs) = (quicksort lesser) ++ [p] ++ (quicksort greater)

where

lesser = filter (< p) xs

greater = filter (>= p) xs

Заключение

На сегодняшний день главной отличительностью Haskell от других функциональных языков программирования является то, что в нём используется чистая функциональная парадигма. Сами же создатели языка утверждают, что на Haskell

проще писать сложные программы, и программы получаются существенно короче;
программы имеют ясный, легко читаемый вид; их можно легко понять, даже не зная многих деталей языка Haskell;
делается меньше ошибок, так как синтаксис языка Haskell защищает программиста от совершения многих типичных ошибок;
короче и проще этап проектирования и разработки программ: программист должен просто понять, что ему нужно, и затем описать это на формальном математическом языке;
создаются адаптивные, легко изменяемые и расширяемые программы.

Кроме того, отмечается, что благодаря строгой типизации языка, в программах на Haskell не случается системных ошибок и не бывает аварийных ситуаций (сore dump).

Создатели также утверждают, что программы на Haskell получаются более модульными и встраиваемыми и предоставляют больше возможностей для повторного использования (англ. codereuse). В частности, представленная программа быстрой сортировки на Haskell (в отличие от программы на Си) может сортировать не только целые числа, но и числа типа FLOAT и любые другие объекты, на которых определена операция сравнения.

Язык Haskel имеет высокий уровень абстракции. Под этим имеется в виду возможность создавать функции, которые возвращают функции. Если точнее - Haskell включает в себя абстрактное лямбда-исчисление (λ-исчисление). Мощь, которую предоставляет это исчисление, ещё не до конца осознана программистами, и не в полной мере используется на практике.

Сегодня важно иметь средства для разработки действительно сложных систем, где важно, чтобы программисты не увязали в собственном коде и были способны понять текст программ, который был написан месяц или год назад. Именно поэтому многие разработчики языков программирования в качестве одного из важных достоинств языка указывают его близость к естественному языку (обычно английскому).

Список источников

Антон Холомьёв – Учебник по Haskell (2012)
Пол Хьюдак, Джон Хью, Пэйтон Джонс Саймон; Филип Фадлер - История Haskell: будь ленивым с классом (2007)
Вики Учебник - Язык Haskell: О пользе и вреде лени
Денис Москвин. Системы типизации лямбда-исчисления (2013)
А. Филд, П. Харрисон - Функциональное программирование (1993).