Difference between revisions of "10分で学ぶHaskell"

Revision as of 15:14, 28 March 2012

概要

Haskellは関数型で（つまりすべてが関数呼びだしで処理される）、静的な暗黙的型付けで（型はコンパイラによって確認され、明示的に宣言する必要はない）、遅延評価（必要となるまで処理されない）の言語です。系統が近い言語として最も人気のあるのはおそらくML系の言語でしょう。（MLは遅延評価ではないですが）

最も普及しているHaskellのコンパイラは GHC です。GHCは http://www.haskell.org/ghc/download.html からダウンロードできます。GHCのバイナリは GNU/Linux、 FreeBSD、 MacOS、Windows、Solarisで動作します。GHCをインストールすると、ghcと ghciという2つのプログラムが入っているのが確認できます。最初のghcの方はHaskellのライブラリやアプリケーションをバイナリコードにコンパイルします。 ghciはインタプリタで、Haskellコードを書いてすぐに結果を得ることができる環境です。

簡単な数式

たいていの数式は直接ghciに入力して計算結果を得ることができます。Prelude>はGHCiのデフォルトのプロンプトです。

Prelude> 3 * 5 15 Prelude> 4 ^ 2 - 1 15 Prelude> (1 - 5)^(3 * 2 - 4) 16

文字列はダブルクォート（二重引用符）で囲みます。文字列の結合をするときは++を使います。

Prelude> "Hello" "Hello" Prelude> "Hello" ++ ", Haskell" "Hello, Haskell"

関数を呼び出すときは関数の後に直接引数を並べて行います。関数呼び出しに括弧は必要ありません。こんな感じです：

Prelude> succ 5 6 Prelude> truncate 6.59 6 Prelude> round 6.59 7 Prelude> sqrt 2 1.4142135623730951 Prelude> not (5 < 3) True Prelude> gcd 21 14 7

コンソール

I/Oアクションはコンソールからの入出力を行うのに使います。よくある例は：

Prelude> putStrLn "Hello, Haskell" Hello, Haskell Prelude> putStr "No newline" No newlinePrelude> print (5 + 4) 9 Prelude> print (1 < 2) True

putStr関数と putStrLn関数は文字列をターミナルに出力します。print関数はどんな型の値でも出力します。（文字列をprintするときは、引用符が前後につきます）

ひとつの式の中で複数の I/O アクションを使いたい場合は、doブロックを使います。アクションはセミコロンで区切られます。

Prelude> do { putStr "2 + 2 = " ; print (2 + 2) } 2 + 2 = 4 Prelude> do { putStrLn "ABCDE" ; putStrLn "12345" } ABCDE 12345

読み込みは getLine（Stringを返します）かreadLn（どんな型の値でも返します）でできます。<-という記号はI/Oアクションの結果に名前を付けるために使います。

Prelude> do { n <- readLn ; print (n^2) } 4 16

(4が入力で16が結果です。)

別の書き方でdoブロックを書くこともできます。中括弧やセミコロンを使わずに、インデントでブロックと式の区切りを表します。ghciでは書けないので、ソースファイル（例えばTest.hs）に書いてビルドしてみましょう。

main = do putStrLn "What is 2 + 2?"
          x <- readLn
          if x == 4
              then putStrLn "You're right!"
              else putStrLn "You're wrong!"

ビルドは ghc --make Test.hs でできます。実行ファイル Test ができるはずです。（WindowsではTest.exeとなります）ここでif式も一緒に習得できてしまいますね。

doの直後の最初の空白でない文字は特別な文字です。上の例の場合ではputStrLnの先頭のpがそれです。doブロック内のすべての行はそのpと同じ列から開始します。もしインデントがより深ければ、それ以前の行の一部となります。逆にインデントが浅ければ、doブロックはそこで終わります。これは“レイアウト”と呼ばれ、Haskellでは、いつも行の区切り文字や中括弧を使うのは面倒なので、代わりにレイアウトを使います。（then句とelse句はこれが理由でifよりインデントが深くなければならないのです。もしifと同じ列から開始した場合、ifと別の行と解釈されてしまって、エラーとなります。）

（Note: レイアウトを使う場合はインデントにタブを用いないでください。技術的にはタブが8文字であれば動作しますが、おすすめできません。また中には使う人もいるかもしれませんが、プロポーショナルフォントを使うこともおすすめしません。

簡単な型

これまで、型宣言に関して全く触れてきませんでした。それはHaskellが型推論を行うからです。一般的に型宣言はしたい場合以外はする必要がありません。型宣言をする場合は::を使って行います。

Prelude> 5 :: Int 5 Prelude> 5 :: Double 5.0

Haskellでは型 (そして後で触れる型クラス)は常に大文字から開始します。変数は常に小文字から始まります。これは言語仕様であり、命名規則（naming convention）ではありません。

ghciを使って、ある値がどんな型かを確認することもできます。普段、自分では型宣言をしないので、この機能は役に立ちます。

 Prelude> :t True
 True :: Bool
 Prelude> :t 'X'
 'X' :: Char
 Prelude> :t "Hello, Haskell"
 "Hello, Haskell" :: [Char]

（上の例を見て気づいたように、[Char]はStringの別名です。あとでをsection on listsを見てみましょう）

数字に関してはもっと面白いものが見られます。

Prelude> :t 42 42 :: (Num t) => t Prelude> :t 42.0 42.0 :: (Fractional t) => t Prelude> :t gcd 15 20 gcd 15 20 :: (Integral t) => t

これらの型は“型クラス”を用いています。つまり：

42 はあらゆる数値型として使うことができます。（このおかげで5をIntとしてもDoubleとしても宣言できたわけです）
42.0 はどのような小数型にもなれますが、整数型にはなれません。
gcd 15 20 （ちなみにこれは関数呼び出しです）はどのような整数型にもなれますが、小数型にはなれません。

Haskellの“Prelude”（標準ライブラリのうち初期状態でimportされているモジュール）内には5種類の数値型があります。

Int は少なくとも30ビットの精度の整数です
Integer は精度無制限の整数型です
Float は単精度浮動小数点数です
Double は倍精度浮動小数点数です
Rational は分数型で丸め誤差がありません

これら5つはすべて Num型クラスの インスタンス です。最初の2つはIntegralの インスタンス で、残り3つはFractionalの インスタンス です。

ごちゃまぜにしてみましょう。

Prelude> gcd 42 35 :: Int 7 Prelude> gcd 42 35 :: Double <interactive>:1:0: No instance for (Integral Double)

最後に触れておいたほうがよい型は ()で表されるもので "Unit" と呼ばれます。この型はたった一つの値をとり、やはり()と書かれ "Unit" と呼ばれます。

Prelude> () () Prelude> :t () () :: ()

これはC言語系の言語でのvoidキーワードに似ています。もしなにも返り値を期待しない場合、I/Oアクションから()を返すことができます。

構造化されたデータ

基本データ型は2つの方法で容易にまとめることができます。一つはリストで角括弧 [ ] で囲います。もう一つはタプルで丸括弧 ( ) で囲みます。

リストは同じ型の複数の値を保持する場合に使われます。

Prelude> [1, 2, 3] [1,2,3] Prelude> [1 .. 5] [1,2,3,4,5] Prelude> [1, 3 .. 10] [1,3,5,7,9] Prelude> [True, False, True] [True,False,True]

文字列は単に文字のリストにすぎません。

Prelude> ['H', 'e', 'l', 'l', 'o'] "Hello"

:演算子は要素をリストの先頭に追加します。（Lisp系言語でいうところのcons関数です）

Prelude> 'C' : ['H', 'e', 'l', 'l', 'o'] "CHello"

タプルは決まった数の値を保持できます。ただしそれぞれの型は異なっていても構いません。

Prelude> (1, True) (1,True) Prelude> zip [1 .. 5] ['a' .. 'e'] [(1,'a'),(2,'b'),(3,'c'),(4,'d'),(5,'e')]

この例の最後で zip関数が使われています。これは２つのリストを１つのタプルのリストにするライブラリ関数です。

型は予想どおり以下のようになります。

Prelude> :t ['a' .. 'c'] ['a' .. 'c'] :: [Char] Prelude> :t [('x', True), ('y', False)] [('x', True), ('y', False)] :: [(Char, Bool)]

リストはHaskellではとてもよく使われます。リストを操作する便利な関数がいくつもあります。

Prelude> [1 .. 5] [1,2,3,4,5] Prelude> map (+ 2) [1 .. 5] [3,4,5,6,7] Prelude> filter (> 2) [1 .. 5] [3,4,5]

また整列されたペア（２つの要素を持つタプル）に対する便利な関数が２つあります。

Prelude> fst (1, 2) 1 Prelude> snd (1, 2) 2 Prelude> map fst [(1, 2), (3, 4), (5, 6)] [1,3,5]

how to work on listsも参照してください。

関数定義

mainと呼ばれるIO actionの定義について先に触れました。

main = do putStrLn "What is 2 + 2?"
          x <- readLn
          if x == 4
              then putStrLn "You're right!"
              else putStrLn "You're wrong!"

では次に、実際にfactorialという関数の 関数" 定義を書いてみることで、上の例を補ってみましょう。丁寧に書こうと思うので、モジュールヘッダも追加します。

module Main where

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

main = do putStrLn "What is 5! ?"
          x <- readLn
          if x == factorial 5
              then putStrLn "You're right!"
              else putStrLn "You're wrong!"

ghc --make Test.hsと入力し再ビルドします。そして実行します。

 $ ./Test
 What is 5! ?
 120
 You're right!

階数が得られました。ビルトイン関数のように、factorial 5と括弧なしで関数が呼び出せました。

今度はghciを使って型を調べてみましょう。

 $ ghci Test.hs
 << GHCi banner >>
 Ok, modules loaded: Main.
 Prelude Main> :t factorial
 factorial :: (Num a) => a -> a

関数の型は引数の型とともに表され、その後に->が来て結果の型が書かれます。（結果も型クラスNumとなります）

階数は場合分けを使うことで簡単にできます。

factorial 0 = 1
factorial n = n * factorial (n - 1)

便利な構文

さらにいくつかのsyntaxが便利です。

secsToWeeks secs = let perMinute = 60
                       perHour   = 60 * perMinute
                       perDay    = 24 * perHour
                       perWeek   =  7 * perDay
                   in  secs / perWeek

let式は一時的な名前を定義します。（ここでもレイアウトが使われています。好みによりますが、{ 中括弧 }とセミコロンによる区切りを使うこともできます）

classify age = case age of 0 -> "newborn"
                           1 -> "infant"
                           2 -> "toddler"
                           _ -> "senior citizen"

case式は複数の場合分けを行います。特別なラベル _ は"その他すべて"を表します。

ライブラリを使う

ここまでのチュートリアルではPreludeの一部しか使ってきませんでした。PreludeはHaskellのどんなプログラムでも使うことができる関数のセットです。

ここから生産性の高いHaskellプログラマになるためには、あなたが必要とするPrelude以外の librariesについて明るくなるのがよいです。標準ライブラリに関してはhttp://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/にあります。モジュールは以下のものがあります。

Useful data structures
Concurrent and parallel programming
Graphics and GUI libraries
Networking, POSIX, and other system-level stuff
Two test frameworks, QuickCheck and HUnit
Regular expressions and predictive parsers
More...

module Main where

import qualified Data.Map as M

errorsPerLine = M.fromList
    [ ("Chris", 472), ("Don", 100), ("Simon", -5) ]

main = do putStrLn "Who are you?"
          name <- getLine
          case M.lookup name errorsPerLine of
              Nothing -> putStrLn "I don't know you"
              Just n  -> do putStr "Errors per line: "
                            print n

importはData.Mapにあるコードを使うことを宣言していて、それらはMという別名を使うことが定義されています。（ここで行っていることは必要なことです。なぜならいくつかの関数はPrelude内の関数と同じ名前を持っているからです。たいていのライブラリではasの部分は必要ありません。）

もし標準ライブラリにないものを必要とする場合は、 http://hackage.haskell.org/packages/hackage.html かこのWikiのapplications and librariesのページを見てください。これらは多くの方々がHaskellのために書いたたくさんのライブラリを集めたページです。ライブラリを手元に落としてきたら、展開してそのディレクトリに入って以下を実行してください：

 runhaskell Setup configure
 runhaskell Setup build
 runhaskell Setup install

UNIXでは最後のrunhaskell Setup installを実行するためにrootになる必要があります。

10分以上かかるので省いたトピック

Advanced data types
- 数学的なリスト
- List comprehensions
- Type synonyms
- data vs newtype (and here)
- Type classes and instances
Advanced syntax
発展的な関数
Monads
File I/O
- ファイルの読み込み
- ファイルの書き込み

Languages: en zh/cn ja