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Haskell.md

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Haskell是一个惰性的（lazy）、纯（pure）函数式程序设计语言。

开发环境

Stack（推荐）

Stack是一个跨平台的Haskell开发工具。它有如下特性：

  • 自动安装GHC，并且允许安装多个不同版本的GHC；
  • 自动安装项目依赖；
  • 构建项目；
  • 测试项目；
  • 等等。

Linux/Unix下的脚本安装：

curl -sSL https://get.haskellstack.org/ | sh
或者
wget -qO- https://get.haskellstack.org/ | sh

Linux/Unix下的手动安装：

  1. 下载最新的软件包；

  2. 将下载的软件包解压到~/.local/bin/下；

  3. 设置环境变量：

    echo 'export PATH=~/.local/bin:$PATH' >> ~/.bashrc

  4. 安装依赖：

    sudo apt install g++ gcc libc6-dev libffi-dev libgmp-dev zlib1g-dev make xz-utils git gnupg

由于国内网络问题，在使用Stack时，可以使用TUNA镜像站来加速开发。

在 Stack 的全局配置文件（Linux/OSX 下默认为~/.stack/config.yaml，Windows下默认为%APPDATA%\stack\config.yaml）里这样写即可：

package-indices:
- name: Tsinghua
  download-prefix: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/hackage/package/
  http: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/hackage/00-index.tar.gz
setup-info: "http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/stackage/stack-setup.yaml"
urls:
  latest-snapshot: http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/stackage/snapshots.json
  lts-build-plans: http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/stackage/lts-haskell/
  nightly-build-plans: http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/stackage/stackage-nightly/

这样，stack 工具下载 Hackage 包、Stackage snapshot 配置文件、ghc 安装包的位置都在 TUNA 镜像站，不需要像之前一样走 github/s3。

Haskell IDE——VSCode + Haskero + Stack

Haskero是VSCode的一个Haskell插件。

在VSCode中安装完成Haskero后，还要在项目根目录上执行下列命令，安装intero：

$ stack build intero

intero是Haskero的一个后端，它用于抽取Haskell的类型信息和位置等。

Haskell Platform

ghc.exe

ghc.exe是一个Haskell的优化编译器。

编译并链接

命令格式：ghc 脚本 依赖

依赖可以是脚本（.hs），也可以是目标文件（.o）。 执行结果将产生三个文件：

  • main.exe或main
  • 脚本名.o
  • 脚本名.hi

.hi是一个接口文件，它存储着模块的导出信息，二进制格式。 .o是目标文件，它包含编译产生的机器码。

命令格式：ghc --make 脚本 依赖

执行结果将产生三个文件：

  • 脚本名.exe或脚本名
  • 脚本名.o
  • 脚本名.hi

自己指定可执行文件名

命令格式：ghc -o 可执行文件 脚本 依赖

执行结果将产生三个文件：

  • 可执行文件
  • 脚本名.o
  • 脚本名.hi

编译但不链接

命令格式：ghc -c 脚本 依赖

执行结果将产生两个文件：

  • 脚本名.o
  • 脚本名.hi

前面三种方式的脚本中必须包含main函数，这样才能产生可执行文件，而这种方式适用任何模块源文件的编译，源文件中可以不包含main函数。

使用扩展库

命令格式：ghc -package 扩展库名 …

例如：当前Haskell已经将Parsec包安装到lib/extralibs目录下，要使用Parsec包可以使用下面命令：

$ ghc -package parsec simple.hs

使用第三方库

例如：假设已经手工将最新版本的Parsec编译到“c:\parsec”目录下（通常要编译Haskell库，只需要在命令行下在库所在的目录下执行make命令即可，因为Haskell库通常都带makefile），则可以使用下面命令进行编译：

$ ghc -c myfile -ic:\parsec

-i参数来告诉ghc导入路径，即告诉ghc在哪里能找到所需的接口文件（.hi）。 如果要链接，则需要使用-L告诉GHC在哪里找到库，使用-l告诉GHC链接什么库：

$ ghc -o myprogram myfile1.o myfile2.o -Lc:\parsec -lparsec

自动计算依赖

假如A.hs中导入了B.hs中的某些变量，则要编译A.hs，只要：

ghc-c A.hs

就可以了，不需要先编译B.hs，然后再：ghc -c A.hs B.o。因为GHC会自动计算依赖。

ghci.exe、WinGHCi.exe

交互式的解释器和调试器。

runghc.exe

runghc.exe可以直接运行Haskell源文件，而不需要事先编译。

入门

使用REPL

REPL是一个交互式编程环境。要启动REPL可以运行下列命令：

$ ghci
或者
$ stack ghci

全局变量it

GHC的命令行中有一个全局变量it，用于保存上一次计算的结果：

ghci> it
"foobar"
it :: [Char]

ghci> it ++ 3
<interactive>:1:6:
…

ghci> it
"foobar"
it :: [Char]

ghci> it ++ "baz"
"foobarbaz"
it :: [Char]

当求值失败时，不改变当前it的值。

定义变量

在交互模式下（ghci），定义一个变量与在源文件（.hs）中不一样，要在变量之前加一个let：

ghci> let lostNumbers = [4,8,15,16,23,48]  
ghci> lostNumbers  
[4,8,15,16,23,48]

这里的let与Haskell中let…in中的let没关系。也可以理解为，这里的let结构的in部分被省略，则默认为整个交互环境。

常用命令

加载Haskell脚本——:load或:l

命令格式：

:load 脚本名
:load "脚本名"
:load  ——表示消除已经加载的脚本（“prelude.hs”除外）。

脚本名可以不包括扩展名.hs，但可以包括路径。路径中的分隔符最好用/。

例子：

ghci> :l add.hs

重载Haskell脚本——:reload或:r

编辑文件——:edit或:e

命令格式：

:edit 文件名
:edit  ——打开上次使用edit命令打开的文件。

用默认编辑器打开指定任意类型文件，文件名必须包含扩展名。并且，如果编辑的是Haskell脚本，则在编辑器被关闭后，将自动重载该脚本。

获取表达式的类型信息——:type或:t

例子：

ghci> 3 + 2
5
ghci> :t it
it :: Integer
ghci> :t 3 + 2
3 + 2 :: (Num t) => t

注意：:type并不计算表达式的值，只是输出它的类型信息。

获取详细信息——:info或:i

例子：

ghci> :i (+)

查找——:find或:f

改变工作路径——:cd

导入或移除模块——:module或:m

例子：

ghci> :m + Data.Ratio  ——导入“Data.Ratio”模块
ghci> :m - Data.Ratio  ——移除“Data.Ratio”模块

设置系统选项——:set或:s、:unset

例如：GHCi提示符将显示当前顶层模块名，可以使用“:set”命令改变默认的显示：

:s prompt "ghci>"

该命令将默认的命令提示符改成“ghci>”。

如果要在GHCi输出计算结果的后面跟上它的类型信息，则需要：

ghci> :s +t
ghci> 'c'
'c'
it :: Char

获取帮助——:?

退出交互模式——:quit或:q

开启扩展功能

在交互模式下，默认没有开启扩展功能，要开启它们，要加“-fglasgow-exts”命令行参数。

使用Stack

创建项目

使用模板新建一个项目：

$ stack new my-project -p "category:office"  ——使用默认模板创建项目
$ stack new my-project new-template -p "category:office"  ——使用“new-template”模板创建项目

可以通过命令：stack templates来查看所有可用的模板。

安装编译工具：

$ cd my-project
$ stack setup

它会根据需要安装编译工具，默认安装在~/.stack目录下。

可以通过命令：stack path来查看Stack的各种路径设置。

编写代码

hello.hs：

main = putStrLn "Hello, World!"

Haskell脚本

Haskell的源文件也称脚本有两种扩展名：

  • 以.hs为后缀的脚本：它是传统的脚本风格。注释用--或{- … -}表示，其它的部分表示程序文本。
  • 以.lhs为后缀的脚本。
    • Bird-scripts风格：每一以>开始的行表示程序文本，其它部分表示注释内容。注意：代码与注释之间必须有至少一个空行分隔。
    • LaTEX风格：所有被\begin{code}与 \end{code}包围的部分为代码部分，除此以外为注释部分。注意：代码与注释可以不需要有空行分隔。它特别适合使用LaTeX的文本处理系统。

编码风格

Haskell的代码既支持自由编码风格，也支持利用缩进来表示代码结构的缩进编码风格。

--自由编码风格
foo = let {a = 1; b = 2;
       c = 3} in a + b + c
       
--缩进编码风格
foo = let a = 1
          b = 2
          c = 3
      in a + b + c

缩进规则：

在源文件的开始，第一个顶层声明或定义可以从任意一列开始，Haskell编译器或解释器将记住此缩进位置。后续的所有顶层声明必须缩进到同样位置。 后续如果是空白行或者缩进更加靠右，则被当作当前项的延续。如果缩进与前一个项开始的位置相同，会被当作在同一个块中开始一个新的项。 缩进时，尽量使用空格，而不要使用Tab键。

Main模块

Haskell的代码总是定义在一个模块中。上面的代码没有显式定义在一个模块中，则默认为Main模块。

Main模块的main是程序的入口。如果模块不需要独立运行（例如作为库），则main不是必须的。

构建项目

$ stack build

这将生成：

  • 库文件（位于my-project/.stack-work/install/i386-linux/lts-10.5/8.2.2/lib/i386-linux-ghc-8.2.2/）
  • 一个可执行文件（位于my-project/.stack-work/install/i386-linux/lts-10.5/8.2.2/bin/hello-exe）。

运行程序

$ stack exec hello-exe

测试

$ stack test

类型

声明

命名空间

Haskell有六种命名空间：

  • 变量（variable）：表示值。
  • （值）构造器（constructor）：表示值。
  • 类型变量（type variable）：表示类型。
  • 类型构造器（type constructor）：表示类型。
  • 类型类（type class）：类似于接口。
  • 模块名（module name）：表示模块。

变量和类型变量必须以小写字母或下划线开头，其他四种名称必须以大写字母开头。 在同一个作用域中，类型构造器与类型类不能同名。

函数

函数可以是0元或任意多元：

pi = 3.14

triple x = x * 3

操作符

操作符是中置式的函数。

表达式

Haskell程序实际上是由声明和表达式组成的。

求值

表达式求值就是将它归约为范式（normal form）的过程。实际上，Haskell只是将表达式归约为弱头范式（weak head normal form，WHNF）。

范式就是不可进一步归约的表达式。

可归约的表达式也称为redexes。

应用

以小写字母（下划线看作小写字母）开头，由小写字母、大写字母、数字、单引号组成的标识符为名字的函数的应用，默认采用前置式表示：

plus 1 2
1 `plus` 2  --如果包围在“`”中，则变成中置式表示。

操作符默认采用中置式表示：

1 + 2
(+) 1 2  --将操作符包围在括号中，则为成前置式表示。

类型类

模式

模块

Prelude模块

Prelude包含了Haskell的标准函数库，它是唯一一个不需要导入或加载，就可以访问的模块。