Haskell趣学指南1-3

 Haskell趣学指南

 

简介

关于这个教程

欢迎来到haskell趣学指南！阅读此文表明你正要学haskell。很好，来对地方了，先容我简单介绍一下这个教程。

编写这个教程,一方面是为了巩固我自己对haskell的理解，另一方面也是希望能够分享我的经验，给初学者提供一定帮助。网上现有的haskell教程已经汗牛充栋，在我学习的时候就曾参阅过许多教程与文章，它们讲解问题的思路各不相同，综合的阅读使得我最终能够整理起知识的碎片并正确地理解。所以说，编写这个教程也是创造另一个学习资源的尝试，给读者增加一个选择的余地。

本教程主要是面向已经有命令式编程经验(C, C++, Java, Python …) 、却未曾接触过函数式编程 (Haskell, ML, OCaml …)的读者。还没有编程基础？没关系，像你这样的聪明小伙一定能够学会haskell！

若在学习中遇到什么地方不明白，freenode上的#haskell频道是提问的绝佳去处。那儿的人们友善，耐心且照顾新人。

在我掌握haskell之前的学习曾经失败过两次，它看起来太不可思议，难以理解。不过随后突然灵光一闪，马上就开窍了，往后的学习也就变得游刃有余。我想说的就是：haskell很棒，如果你喜欢编程，那就得好好学学--尽管在咋一看它可能会显得很别扭--它迫使你换个脑筋思考，很有趣！

好，下一节。。。

那么，haskell是啥？

haskell是一门纯函数式编程语言。在命令式语言中执行操作需要给电脑安排一组命令，随着命令的执行，状态就会随之发生改变。例如你给变量a赋值为5，而随后做了其它一些事情之后a就可能变成的其它值。有控制流程，你就可以重复执行操作。然而在函数式编程语言中，你不是像命令式语言那样命令电脑“要做什么”，而是通过用函数来描述出问题“是什么”，如“阶乘是指从1到某数间所有数字的乘积”。变量一旦赋值，就不可以更改了，你已经说了a就是5，就不能再另说a是别的什么数。做人不能食言，对不？所以说，函数式编程语言中的函数能做的唯一事情就是求值，因而没有副作用。一开始会觉得这很受限，不过好处也正源于此：若以同样的参数调用同一函数两次，得到的结果总是相同。这被称作“引用透明”。如此一来编译器就可以理解程序的行为，你也很容易就能验证一个函数的正确性，继而可以将一些简单的函数组合成更复杂的函数。

haskell是惰性的。也就是说若非特殊指明，函数在真正需要结果以前不会被求值。再加上引用透明，你就可以把程序仅看作是数据的一系列变形。如此一来就有了很多有趣的特性，如无限长度的数据结构。假设你有一个List:xs = [1,2,3,4,5,6,7,8]，还有一个函数doubleMe，它可以将一个List中的所有元素都乘以二，返回一个新的List。若是在命令式语言中，把一个List乘以8，执行doubleMe(doubleMe(doubleMe(xs)))，得遍历三遍xs才会得到结果。而在惰性语言中，调用doubleMe时并不会立即求值，它会说“嗯嗯，待会儿再做！”。不过一旦要看结果，第一个doubleMe就会对第二个说“给我结果，快！”第二个doubleMe就会把同样的话传给第三个doubleMe，第三个doubleMe只能将1乘以2得2后交给第二个，第二个再乘以2得4交给第一个，最终得到第一个元素8。也就是说，这一切只需要遍历一次list即可，而且仅在你真正需要结果时才会执行。惰性语言中的计算只是一组初始数据和变换公式。

haskell 是静态类型的。当你编译程序时，编译器需要明确哪个是数字，哪个是字符串。这就意味着很大一部分错误都可以在编译时被发现，若试图将一个数字和字符串相加，编译器就会报错。haskell拥有一套强大的类型系统，支持自动类型推导。这一来你就不需要在每段代码上都标明它的类型，像计算a=5+4，你就不需另告诉编译器“a是一个数值”，它可以自己推导出来。类型推导可以让你的程序更加简练。假设有个二元函数是将两个数值相加，你就无需声明其类型，这个函数可以对一切可以相加的值进行计算。

haskell采纳了很多高级概念，因而它的代码优雅且简练。与同层次的命令式语言相比，haskell的代码往往会更短，更短就意味着更容易理解，bug也就更少。

haskell的研发工作始于1987年，当时是一个学会的精英分子（很多PhD哦）聚到一块儿，商量着要设计一门牛X的语言。03年，《 Haskell Report 》发布，标志着稳定版本的最终确定。

你需要...

一个编辑器和一个编译器。你可能已经安装了最喜欢的编辑器，在此不加赘述。如今最常用的haskell编译器是GHC和hugs，在本教程中我们将使用ghc。安装的细节就不消多说了，在windows下只要下载一个installer然后一路next最后重启一下（貌似不需要重启，译者注）即可；在基于debain的linux系统下一个apt-get install ghc6 libghc6-mtl-dev看着玩就是了；我没mac电脑，不过听说你如果安装了macPort，就可以通过sudo port install ghc来获得ghc。嗯，应该可以用那古怪的单键鼠标搞haskell吧，我拿不准。

GHC既可以解释执行haskell脚本（通常是以.hs作为后缀），也可以编译。它还有个交互模式，你可以在里面调用脚本里定义的函数，即时得到结果。 对于学习而言，这可比每次修改都编译执行要方便的多。想进入交互模式，只要打开控制台输入ghci即可。假设你在myfunctions.hs里定义了一些函数，在ghci中输入 :l myfunctions.hs}载后就可以调用了。一旦修改了这个.hs文件的内容，再次执行 :l myfunctions.hs或者与之等价的:r，都可以重新装载该文件。我本人通常就是在.hs文件中定义几个函数，再到ghci装载，调试，再修改再装载。这也正是我们往后的基本流程。

 

入门

各就各位，预备！

好的，出发！如果你就是那种从不看说明书的不良人士，我推荐你还是回头看一下简介的最后一节。那里面讲了这个教程中你需要用到的工具及基本用法。我们首先要做的就是进入ghc的交互模式，接着就可以调几个函数小体验一把haskell了。打开控制台，输入ghci，你会看到如下欢迎信息

GHCi, version 6.8.2: http://www.haskell.org/ghc/   
:? for help  Loading package base ... linking ... done.   
Prelude> 

恭喜，您已经进入了ghci！目前它的命令行提示是prelude>，不过它在你装载什么东西后会变的比较长。免得碍眼，我们输入个:set prompt "ghci> "把它改成ghci>。

如下是一些简单的运算

ghci> 2 + 15  17   
ghci> 49 * 100  4900   
ghci> 1892 - 1472  420   
ghci> 5 / 2  2.5   
ghci> 

很简单。也可以在一行中使用多个运算符，按照运算符优先级执行计算，使用括号可以更改优先级次序。

ghci> (50 * 100) - 4999   
1   
ghci> 50 * 100 - 4999   
1   
ghci> 50 * (100 - 4999)   
-244950 

很酷么？嗯，我承认不。处理负数时会有个小陷阱：执行5 * -3会使ghci报错。所以说，使用负数时最好将其置于括号之中，像5*(-3)就不会有问题。

逻辑运算也同样直白，你也许知道，&&指逻辑与，||指逻辑或，not指逻辑否。

ghci> True && False   
False   
ghci> True && True   
True   
ghci> False || True   
True    
ghci> not False   
True   
ghci> not (True && True)   
False 

相等性可以这样判定

ghci> 5 == 5   
True   
ghci> 1 == 0   
False   
ghci> 5 /= 5   
False   
ghci> 5 /= 4   
True   
ghci> "hello" == "hello"   
True  

执行5+"llama"或者5==True会怎样？好的，一个大大的报错等着你。

No instance for (Num [Char])   
arising from a use of `+' at :1:0-9   
Possible fix: add an instance declaration for (Num [Char])   
In the expression: 5 + "llama"   
In the definition of `it': it = 5 + "llama"  

Yikes！ghci 提示说"llama"并不是数值类型，所以它不知道该怎样才能给它加上5。即便是“four”甚至是“4”也不可以，haskel不拿它当数值。执行True==5, ghci就会提示类型不匹配。+运算符要求两端都是数值，而==运算符仅对两个可比较的值可用。这就要求他们的类型都必须一致，苹果和橙子就无法做比较。我们会在后面深入地理解类型的概念。Note:5+4.0是可以执行的，5既可以做被看做整数也可以被看做浮点数，但4.0则不能被看做整数。

也许你并未察觉，不过从始至终我们一直都在使用函数。*就是一个将两个数相乘的函数，就像三明治一样，用两个参数将它夹在中央，这被称作中缀函数。而其他大多数不能与数夹在一起的函数则被称作前缀函数。绝大部分函数都是前缀函数，在接下来我们就不多做甄别。大多数命令式编程语言中的函数调用形式通常就是函数名，括号，由逗号分隔的参数表。而在haskell中，函数调用的形式是函数名，空格，空格分隔的参数表。简单据个例子，我们调用haskell中最无聊的函数：

ghci> succ 8   
9  

succ函数返回一个数的后继（successor, 在这里就是8后面那个数，也就是9。译者注）。如你所见，通过空格将函数与参数分隔。调用多个参数的函数也是同样容易，min和max接受两个可比较大小的参数，并返回较大或者较小的那个数。

ghci> min 9 10   
9   
ghci> min 3.4 3.2   
3.2   
ghci> max 100 101   
101  

函数调用拥有最高的优先级，如下两句是等效的

ghci> succ 9 + max 5 4 + 1   
16   
ghci> (succ 9) + (max 5 4) + 1   
16 

若要取9乘10的后继，succ 9*10是不行的，程序会先取9的后继，然后再乘以10得100。正确的写法应该是succ(9*10)，得91。如果某函数有两个参数，也可以用 .. 符号将它括起，以中缀函数的形式调用它。例如取两个整数相除所得商的div函数,div 92 10可得9，但这种形式不容易理解：究竟是哪个数是除数，哪个数被除？使用中缀函数的形式 92div10 就更清晰了。从命令式编程走过来的人们往往会觉得函数调用与括号密不可分，在C中，调用函数必加括号，就像foo(),bar(1),或者baz(3,"haha")。而在haskell中，函数的调用必使用空格，例如bar (bar 3)，它并不表示以bar和3两个参数去调用bar，而是以bar 3所得的结果作为参数去调用bar。在C中，就相当于bar(bar(3))`。

启蒙：你的第一个函数

在前一节中我们简单介绍了函数的调用，现在让我们编写我们自己的函数！打开你最喜欢的编辑器，输入如下代码，它的功能就是将一个数字乘以2.

doubleMe x = x + x 

函数的声明与它的调用形式大体相同，都是先函数名，后跟由空格分隔的参数表。但在声明中一定要在 = 后面定义函数的行为。

保存为baby.hs或任意名称，然后转至保存的位置，打开ghci，执行:l baby.hs。这样我们的函数就装载成功，可以调用了。

ghci> :l baby   
[1 of 1] Compiling Main             ( baby.hs, interpreted )   
Ok, modules loaded: Main.   
ghci> doubleMe 9   
18   
ghci> doubleMe 8.3   
16.6  

+运算符对整数和浮点都可用（实际上所有有数字特征的值都可以），所以我们的函数可以处理一切数值。声明一个包含两个参数的函数如下：

doubleUs x y = x*2 + y*2  

很简单。将其写成doubleUs x y = x + x + y + y也可以。测试一下（记住要保存为baby.hs并到ghci下边执行:l baby.hs）

ghci> doubleUs 4 9  26   
ghci> doubleUs 2.3 34.2  73.0   
ghci> doubleUs 28 88 + doubleMe 123   
478

你可以在其他函数中调用你编写的函数，如此一来我们可以将doubleMe函数改为：

doubleUs x y = doubleMe x + doubleMe y  

这种情形在haskell下边十分常见：编写一些简单的函数，然后将其组合，形成一个较为复杂的函数，这样可以减少重复工作。设想若是哪天有个数学家验证说2应该是3，我们只需要将doubleMe改为x+x+x即可，由于doubleUs调用到doubleMe，于是整个程序便进入了2即是3的古怪世界。

haskell中的函数并没有顺序，所以先声明doubleUs还是先声明doubleMe都是同样的。如下，我们编写一个函数，它将小于100的数都乘以2，因为大于100的数都已经足够大了！

doubleSmallNumber x