Ru/IO

Функции и процедуры

В императивных языках вроде C++ нет разделения функций на чистые и имеющие побочные эффекты, любая функция рассматривается как потенциально "грязная". С одной стороны, это облегчает модификацию программы (к любой чисто вычислительной функции могут быть добавлены побочные эффекты), с другой стороны - усложняет понимание программы, её отладку и модификацию. Какая-нибудь скромная функция sin может иметь совершенно нескромные побочные эффекты, например стереть системные файлы.

В отличие от них, в Haskell все функции чётко поделены на два класса. Для удобства дальнейшего изложения давайте условимся называть чистые функции просто функциями, а нечистые - процедурами. Итак, функция - это просто однозначный способ вычисления выходного значения по входным, а процедура выполняет некоторое действие (хотя может иметь и выходное значение).

Вычисления внутри функций производятся по мере необходимости и в том порядке, в каком в них возникает необходимость. В отличие от этого процедура описывает последовательность операций, которые выполняются обязательно и обязательно в указанном порядке. Поэтому способ записи, применяемый для определения функций, не годится для процедур, и для них используется специальная do-нотация, сходная с императивными языками (как С++ или Python).

Функции не могут вызывать процедуры, и это означает, что Haskell гарантирует отсутствие побочных эффектов в чистых вычислениях. По своему опыту могу сказать, что в первое время программировать с этим ограничением было неудобно, но потом привыкаешь и начинаешь просто думать по-другому, автоматически разделяя в уме алгоритмы чистых вычислений и императивную логику программы с тем, чтобы записать их отдельно друг от друга.

Процедуры в Haskell

Главная выполняемая функция в программе на Haskell - main - является процедурой, и на ней мы рассмотрим примеры описания процедур.

Простейшая процедура, выполняющая два действия. Как мы уже говорили, они выполняются строго в заданном порядке:

main = do print "Здравствуй, мир, это я!"
          print "Haskell жжот, C++ ...!"

"Действия", выполнямые в do - это в свою очередь вызовы других процедур. Мы также можем присваивать "переменным" значения, возвращаемые из этих процедур, и организовывать условное выполнение:

main = do print "Эй, парень, как тебя звать-то?"
          name <- getLine
          if name=="Булат"
            then do print "Благодарю, Создатель"
            else do print ("Здорово, " ++ name)

Аналогичным образом можно применять и case:

main = do print "Эй, парень, как тебя звать-то?"
          name <- getLine
          case name of "Булат"  -> do print "Благодарю, Создатель"
                       "Deniok" -> do print "Благодарю, Косоздатель"
                       _        -> do print ("Здорово, " ++ name)

Для организации циклов, как обычно, используется рекурсия.

Для возврата результата из процедуры используется return. Опишем рекурсивную процедуру, которая дожидается ввода непустой строки:

myGetLine = do str <- getLine
               if str==""
                 then do print "Пожалуйста, введите непустую строку"
                         myGetLine
                 else return str

и пример её применения:

main = do print "Эй, парень, как тебя звать-то?"
          name <- myGetLine
          if name=="Булат"
            then do print "Благодарю, Создатель"
            else do print ("Здорово, " ++ name)

Совершенно аналогично функциям, процедуры могут иметь входные параметры. Для описания чистых вычислений внутри процедур можно использовать let-блоки, однако вычисления в let-блоке не могут ссылаться на имена, определённые в нижеследующих действиях или let-блоках:

math x y = do 
  let x2 = x*2
      x3 = x2*x
      xy = x*y
  print ("x=" ++ (show x))
  print ("x в квадрате=" ++ (show x2))
  print ("x в кубе=" ++ (show x3))
  print ("произведение x и y=" ++ (show xy))

main = do math 2 2
          math 3 4

А теперь забацаем пример, который включает все вышеприведённые извраты:

...

Процедуры как параметры

Наконец, давайте вернёмся к истокам и вспомним, что "процедуры" в хаскеле - это всего лишь функции, которые могут иметь побочные эффекты, а функции в хаскеле являются "первоклассными" значениями. Это значит, что процедуры, как и любые другие функции, можно передавать в качестве параметров, сохранять в структурах данных, "добивать" параметрами и т.д. Различие всего одно - функция, применённая ко всем своим параметрами, является уже значением - это значение может храниться невычисленным только благодаря lazy evaluation. Процедура же, даже со всеми своими параметрами, остаётся процедурой (или если хотите действием) и выполняется ровно в тот момент, когда она вызвана в do-нотации. Пример:

main = do example (print "Привет!!")

example action = do print "До.."
                    action
                    print "После.."

Здесь "Привет!!" печатается не в момент вызова example (для него операция печати - это всего лишь пассивный параметр), а в тот момент, когда вызов action вставлен в do-последовательность.

Немного глубже в do

Поначалу кажется, что do - какая-то чёрная магия, или встроенный синтаксис для грязных процедур. На самом деле всё это просто cинтаксический сахар, без которого можно обойтись, но который позволяет склеивать процедуры и делает их написание проще.

Для одного выражения do излишне:

main = do putStr "Привет!"

без do можно записать как:

main = putStr "Привет!"

Как же обойтись без do для нескольких действий?

main = do putStr "Как Вас зовут?"
          putStr "Сколько Вам лет?"
          putStr "Неплохой денёк сегодня!"

Тут do говорит, что действия идут одно за другим. Это переводится в оператор последовательности (>>):

main = (putStr "Как Вас зовут?") >> (putStr "Сколько Вам лет?") >> (putStr "Неплохой денёк сегодня!")

Более сложными являются примеры с (<-):

main = do a <- readLn
          print a

Такой код переводится в:

main = readLn >>= (\a -> print a)

Выражения типа (x >>= (\y -> z)) означает "сделать x, взять его результат, подставить его в лямбду вместо y, вычислить z, и сделать z".

С этим оператором можно писать, к примеру, и так:

main = readLn >>= print

Чтобы закрепить принцип избавления от do, рассмотрим внимательно пример программы в трёх вариантах. Сначала идёт do, потом его перевод со скобками, и под конец - без них, что дозволительно благодаря приоритетам операторов:

main  = main3

main1 = do putStr "Как Вас зовут? "
           i <- readLn
           putStr "Сколько Вам лет? "
           v <- readLn
           putStr "Привет, "
           putStr i
           putStr "! Неплохой денёк сегодня!"

main2 = (putStr "Как Вас зовут? ") >>
        readLn >>= (
          \i -> (
            (putStr "Сколько Вам лет? ") >>
            readLn >>= (
              \v -> (
                (putStr "Привет, ") >>
                (putStr i) >>
                (putStr "! Неплохой денёк сегодня!")
              )
            )
          )
        )

main3 = putStr "Как Вас зовут? " >>
        readLn >>= \i ->
        putStr "Сколько Вам лет? " >>
        readLn >>= \v ->
        putStr "Привет, " >>
        putStr i >>
        putStr "! Неплохой денёк сегодня!"

Зачем это всё знать? А все дело в том, что все эти операторы (и do) используются не только в процедурах, а и, к примеру, в списках. Их смысл можно даже переопределять!

Подробнее о списках:

a1 = do x <- [10,100,1000]  -- перебрать все эти числа как x
        y <- [1,2,3]        -- перебрать 1..3 как y
        return (x*y)        -- слить (x*y) в список-результат

-- Результат: [10,20,30,100,200,300,1000,2000,3000]

Но об этих тонкостях лучше прочитать в статье о монадах.

Ссылки

• IO_inside