Миран Липовача - Изучай Haskell во имя добра!
ghci> 4 * (let a = 9 in a + 1) + 2
42
Ключевое слово let подойдёт для определения локальных функций:
ghci> [let square x = x * x in (square 5, square 3, square 2)]
[(25,9,4)]
Если нам надо привязать значения к нескольким переменным в одной строке, мы не можем записать их в столбик. Поэтому мы разделяем их точкой с запятой.
ghci> (let a = 10; b = 20 in a*b, let foo="Эй, "; bar = "там!" in foo ++ bar)
(200,"Эй, там!")
Как мы уже говорили ранее, определения в секции let могут использоваться при сопоставлении с образцом. Они очень полезны, к примеру, для того, чтобы быстро разобрать кортеж на элементы и привязать значения элементов к переменным, а также в других подобных случаях.
ghci> (let (a,b,c) = (1,2,3) in a+b+c) * 100
600
Если определения let настолько хороши, то почему бы только их всё время и не использовать? Ну, так как это всего лишь выражения, причём с локальной областью видимости, то их нельзя использовать в разных охранных выражениях. К тому же некоторые предпочитают, чтобы их переменные вычислялись после использования в теле функции, а не до того. Это позволяет сблизить тело функции с её именем и типом, что способствует большей читабельности.
Выражения let в генераторах списков
Давайте перепишем наш предыдущий пример, который обрабатывал списки пар вида (вес, рост), чтобы он использовал секцию let в выражении вместо того, чтобы определять вспомогательную функцию в секции where.
calcBmis :: [(Double, Double)] -> [Double]
calcBmis xs = [bmi | (w, h) <– xs, let bmi = w / h 2]
Мы поместили выражение let в генератор списка так, словно это предикат, но он не фильтрует список, а просто определяет имя. Имена, определённые в секции let внутри генератора списка, видны в функции вывода (часть до символа |) и для всех предикатов и секций, которые следуют после ключевого слова let. Так что мы можем написать функцию, которая выводит только толстяков:
calcBmis :: [(Double, Double)] -> [Double]
calcBmis xs = [bmi | (w, h) <– xs, let bmi = w / h ^ 2, bmi > 25.0]
Использовать имя bmi в части (w, h) <– xs нельзя, потому что она расположена до ключевого слова let.
Выражения let в GHCi
Часть in также может быть пропущена при определении функций и констант напрямую в GHCi. В этом случае имена будут видимы во время одного сеанса работы GHCi.
ghci> let zoot x y z = x * y + z
ghci> zoot 3 9 2
29
ghci> let boot x y z = x * y + z in boot 3 4 2
14
ghci> boot
<interactive>:1:0: Not in scope: `boot'
Поскольку в первой строке мы опустили часть in, GHCi знает, что в этой строке zoot не используется, поэтому запомнит его до конца сеанса. Однако во втором выражении let часть in присутствует, и определённая в нём функция boot тут же вызывается. Выражение let, в котором сохранена часть in, является выражением и представляет некоторое значение, так что GHCi именно это значение и печатает.
Выражения для выбора из вариантов
Во многих императивных языках (C, C++, Java, и т. д.) имеется оператор case, и если вам доводилось программировать на них, вы знаете, что это такое. Вы берёте переменную и выполняете некую часть кода для каждого значения этой переменной – ну и, возможно, используете финальное условие, которое срабатывает, если не отработали другие.
Язык Haskell позаимствовал эту концепцию и усовершенствовал её. Само имя «выражения для выбора» указывает на то, что они являются… э-э-э… выражениями, так же как if – then – else и let. Мы не только можем вычислять выражения, основываясь на возможных значениях переменной, но и производить сопоставление с образцом.
Итак, берём переменную, выполняем сопоставление с образцом, выполняем участок кода в зависимости от полученного значения… где-то мы это уже слышали!.. Ах да, сопоставление с образцом по параметрам при объявлении функции! На самом деле это всего лишь навсего облегчённая запись для выражений выбора. Эти два фрагмента кода делают одно и то же – они взаимозаменяемы:
head' :: [a] –> a
head' [] = error "Никаких head для пустых списков!"
head' (x:_) = x
head' :: [a] –> a
head' xs =
case xs of
[] –> error "Никаких head для пустых списков!"
(x:_) –> x
Как видите, синтаксис для выражений отбора довольно прост:
case expression of
pattern –> result
pattern –> result
...
Выражения проверяются на соответствие образцам. Сопоставление с образцом работает как обычно: используется первый образец, который подошёл. Если были опробованы все образцы и ни один не подошёл, генерируется ошибка времени выполнения.
Сопоставление с образцом по параметрам функции может быть сделано только при объявлении функции; выражения отбора могут использоваться практически везде. Например:
describeList :: [a] –> String
describeList xs = "Список " ++
case xs of
[] –> "пуст."
[x] –> "одноэлементный."
xs –> "длинный."
Они удобны для сопоставления с каким-нибудь образцом в середине выражения. Поскольку сопоставление с образцом при объявлении функции – это всего лишь упрощённая запись выражений отбора, мы могли бы определить функцию таким образом:
describeList :: [a] –> String
describeList xs = "Список " ++ what xs
where
what [] = "пуст."
what [x] = "одноэлементный."
what xs = "длинный."
4
Рекурсия
Привет, рекурсия!
В предыдущей главе мы кратко затронули рекурсию. Теперь мы изучим её более подробно, узнаем, почему она так важна для языка Haskell и как мы можем создавать лаконичные и элегантные решения, думая рекурсивно.
Если вы всё ещё не знаете, что такое рекурсия, прочтите это предложение ещё раз. Шучу!.. На самом деле рекурсия – это способ определять функции таким образом, что функция применяется в собственном определении. Стратегия решения при написании рекурсивно определяемых функций заключается в разбиении задачи на более мелкие подзадачи того же вида и в попытке их решения путём разбиения при необходимости на ещё более мелкие. Рано или поздно мы достигаем базовый случай (или базовые случаи) задачи, разбить который на подзадачи не удаётся и который требует написания явного (нерекурсивного) решения.
Многие понятия в математике даются рекурсивно. Например, последовательность чисел Фибоначчи. Мы определяем первые два числа Фибоначчи не рекурсивно. Допустим, F(0) = 0 и F(1) = 1; это означает, что нулевое и первое число из ряда Фибоначчи – это ноль и единица. Затем мы определим, что для любого натурального числа число Фибоначчи представляет собой сумму двух предыдущих чисел Фибоначчи. Таким образом, F(n) = F(n – 1) + F(n – 2). Получается, что F(3) – это F(2) + F(1), что в свою очередь даёт (F(1) + F(0)) + F(1). Так как мы достигли чисел Фибоначчи, заданных не рекурсивно, то можем точно сказать, что F(3) равно двум.
Рекурсия исключительно важна для языка Haskell, потому что, в отличие от императивных языков, вы выполняете вычисления в Haskell, описывая некоторое понятие, а не указывая, как его получить. Вот почему в этом языке нет циклов типа while и for – вместо этого мы зачастую должны использовать рекурсию, чтобы описать, что представляет собой та или иная сущность.
Максимум удобства
Функция maximum принимает список упорядочиваемых элементов (то есть экземпляров класса Ord) и возвращает максимальный элемент. Подумайте, как бы вы реализовали эту функцию в императивном стиле. Вероятно, завели бы переменную для хранения текущего значения максимального элемента – и затем в цикле проверяли бы элементы списка. Если элемент больше, чем текущее максимальное значение, вы бы замещали его новым значением. То, что осталось в переменной после завершения цикла, – и есть максимальный элемент. Ух!.. Довольно много слов потребовалось, чтобы описать такой простой алгоритм!
Ну а теперь посмотрим, как можно сформулировать этот алгоритм рекурсивно. Для начала мы бы определили базовые случаи. В пустом списке невозможно найти максимальный элемент. Если список состоит из одного элемента, то максимум равен этому элементу. Затем мы бы сказали, что максимум списка из более чем двух элементов – это большее из двух чисел: первого элемента («головы») или максимального элемента оставшейся части списка («хвоста»). Теперь запишем это на языке Haskell.
