Difference between revisions of "Fully-functional heterogeneous lists (ru)"
Line 8: | Line 8: | ||
== Описание проблемы == |
== Описание проблемы == |
||
− | Мы реализуем проект на хаскель. И в рамках проекта появилась необходимость в использовании ООП парадигмы. |
+ | Мы реализуем проект на хаскель. И в рамках проекта появилась необходимость в использовании ООП парадигмы. |
− | Обсуждение, хорошо это или плохо, выходит за рамки данной статьи. |
+ | Обсуждение, хорошо это или плохо, выходит за рамки данной статьи. |
− | для решения конкретно наших задач, подошёл именно ООП подход. |
+ | Самое главное, что для нашего проекта, для решения конкретно наших задач, подошёл именно ООП подход. |
− | Однако, камнем преткновения для нас стала невозможность хранения объектов в |
+ | Однако, камнем преткновения для нас стала невозможность хранения объектов в универсальных, так называемых гетерогенных списках. |
⚫ | |||
− | универсальных, так называемых гетерогенных списках. Хранить-то в принципе можно, |
||
⚫ | |||
Проблема, достаточно широко известная в хаскель. |
Проблема, достаточно широко известная в хаскель. |
||
− | |||
На одной из страниц "stackoverflow" я нашёл такой комментарий: |
На одной из страниц "stackoverflow" я нашёл такой комментарий: |
||
− | "You can use existensials, but then you can't do anything with the data after pattern matching on it", |
+ | "You can use existensials, but then you can't do anything with the data after pattern matching on it", что достаточно категорично характеризует ситуацию. |
⚫ | |||
− | что достаточно категорично характеризует ситуацию. |
||
⚫ | |||
− | |||
⚫ | |||
⚫ | |||
− | не нашёл решения данной задачи в интернете. |
||
− | Я изучил большое количество статей и провёл много экспериментов. |
||
⚫ | |||
⚫ | |||
− | но больше всего радует то, что поставленная задача решена. |
||
Пусть пока грубо, пусть только для нашего конкретного случая. |
Пусть пока грубо, пусть только для нашего конкретного случая. |
||
Line 37: | Line 30: | ||
В моём восприятии, это традиционный путь в хаскеле для имитации ООП. |
В моём восприятии, это традиционный путь в хаскеле для имитации ООП. |
||
Для определения и хранения полей объектов будем использовать data и/или newtype. |
Для определения и хранения полей объектов будем использовать data и/или newtype. |
||
− | Для придания объекту функциональности будем использовать типы классов (class), |
+ | Для придания объекту функциональности будем использовать типы классов (class), как, в некотором роде, аналоги интерфейсам в традиционных ООП-языках. |
− | как, в некотором роде, аналоги интерфейсам в традиционных ООП-языках. |
||
Типы, классы и инстансы (instance) вместе пусть соответствуют классам в ООП. |
Типы, классы и инстансы (instance) вместе пусть соответствуют классам в ООП. |
||
Line 50: | Line 42: | ||
Для начала приведу описание структуры дерева объектов: |
Для начала приведу описание структуры дерева объектов: |
||
− | * RenderableBase - абстрактный тип, отвечающий за расположение и рисование |
+ | * RenderableBase - абстрактный тип, отвечающий за расположение и рисование |
* SerializableBase - абстрактный тип, отвечающий за сериализацию |
* SerializableBase - абстрактный тип, отвечающий за сериализацию |
||
− | Объекты следующих типов будут включены в гетерогенный список |
+ | Объекты следующих типов будут включены в гетерогенный список: |
+ | |||
⚫ | |||
− | * |
+ | * Circle (наследуется от RenderableBase и SerializableBase) |
− | * |
+ | * Rectangle (наследуется от RenderableBase) |
⚫ | |||
Представим схему наследования в виде небольшого списка: |
Представим схему наследования в виде небольшого списка: |
||
Line 65: | Line 58: | ||
* RenderableBase > Triangle |
* RenderableBase > Triangle |
||
− | Иерархия наследования не играет никакой роли для |
+ | Иерархия наследования не играет никакой роли для реализации концепции и приведена лишь для того, чтобы придать проекту ощущение объектно-ориентированного подхода. |
− | реализации концепции и приведена лишь для того, чтобы |
||
− | придать проекту ощущение объектно-ориентированного подхода. |
||
Теперь дам описание классов типов: |
Теперь дам описание классов типов: |
||
+ | |||
− | * ClsShape - данный класс предназначен для объединения объектов в гетерогенный список |
+ | * ClsShape - данный класс предназначен для объединения объектов в гетерогенный список |
* ClsRenderable - описывает функцию рендеринга |
* ClsRenderable - описывает функцию рендеринга |
||
* ClsClickable - описывает функцию-реакцию на клик мышки |
* ClsClickable - описывает функцию-реакцию на клик мышки |
||
Line 76: | Line 68: | ||
Теперь нечто более важное: |
Теперь нечто более важное: |
||
+ | |||
* объекты типов Circle, Rectangle и Triangle могут быть отрисованы, т.е. имплементируют функцию render |
* объекты типов Circle, Rectangle и Triangle могут быть отрисованы, т.е. имплементируют функцию render |
||
* на объекты типа Rectangle и Triangle можно кликнуть мышкой (Внимание! На объекты типа Circle кликнуть мышкой нельзя, т.е. тип Circle не реализует/не инстанциирует функционал класса ClsClickable) |
* на объекты типа Rectangle и Triangle можно кликнуть мышкой (Внимание! На объекты типа Circle кликнуть мышкой нельзя, т.е. тип Circle не реализует/не инстанциирует функционал класса ClsClickable) |
||
* объект типа Circle можно сериализовать (класс ClsSerializable) |
* объект типа Circle можно сериализовать (класс ClsSerializable) |
||
− | Представим схему функциональности в виде небольшого списка, |
+ | Представим схему функциональности в виде небольшого списка, которая показывает какой класс каким типом инстанциируется: |
− | которая показывает какой класс каким типом инстанциируется: |
||
* ClsRenderable > Circle |
* ClsRenderable > Circle |
||
Line 91: | Line 83: | ||
Теперь начнём писать код. |
Теперь начнём писать код. |
||
− | Для начала включим все необходимые нам расширения GHC |
+ | Для начала включим все необходимые нам расширения GHC и импортируем библиотеки: |
− | и импортируем библиотеки. |
||
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 105: | Line 96: | ||
</haskell> |
</haskell> |
||
− | Да нам понадобится функция небезопасного |
+ | Да нам понадобится функция небезопасного приведения типов unsafeCoerce, но об этом чуть позже. |
⚫ | |||
− | приведения типов unsafeCoerce, но об этом чуть позже. |
||
⚫ | |||
− | |||
⚫ | |||
− | что всё разбито на модули. Этим мне хотелось бы показать, что |
||
− | проект масштабируем. |
||
− | |||
⚫ | |||
− | данных, для которых мы будем создавать объекты. |
||
А также инстанциируем каждый тип. |
А также инстанциируем каждый тип. |
||
− | Пока всё тривиально. Мы используем "традиционный" подход |
+ | Пока всё тривиально. Мы используем "традиционный" подход для имитации ООП в хаскель: |
− | для имитации ООП в хаскель. |
||
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 170: | Line 154: | ||
</haskell> |
</haskell> |
||
− | Теперь немного интереснее. Создадим тип-обёртку для реализации гетерогенного списка |
+ | Теперь немного интереснее. Создадим тип-обёртку для реализации гетерогенного списка: |
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 180: | Line 164: | ||
Инстанциирование класса Show не играет никакой роли и служит лишь отладочным целям. |
Инстанциирование класса Show не играет никакой роли и служит лишь отладочным целям. |
||
− | А вот фраза "(constraint :: * -> Constraint)" гораздо интереснее. |
+ | А вот фраза "(constraint :: * -> Constraint)" гораздо интереснее. |
− | подтипа для типа Wrap мы будем использовать некий класс. |
+ | Тут мы как бы говорим, что в качестве подтипа для типа Wrap мы будем использовать некий класс. |
Т.е. классы в данном случае будут играть роль типов. |
Т.е. классы в данном случае будут играть роль типов. |
||
− | Теперь создадим сам гетерогенный список |
+ | Теперь создадим сам гетерогенный список: |
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 199: | Line 183: | ||
</haskell> |
</haskell> |
||
− | Первое, список можно пополнять динамически, в процессе выполнения программы |
+ | Первое, список можно пополнять динамически, в процессе выполнения программы. |
− | Второе, мы тут же теряем всю информацию о функциональности каждого объекта, т.е. |
+ | Второе, мы тут же теряем всю информацию о функциональности каждого объекта, т.е. все словари для классов: ClsRenderable, ClsClickable и ClsSerializable. |
⚫ | |||
− | все словари для классов: ClsRenderable, ClsClickable и ClsSerializable. |
||
⚫ | |||
− | Show для отладочных целей. |
||
− | Максимум, что мы можем сейчас сделать это просто напечатать список объектов |
+ | Максимум, что мы можем сейчас сделать это просто напечатать список объектов: |
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 215: | Line 197: | ||
''all objects: ["Circle {name = \"crcl_1\", renderableBase = RenderableBase {coords = \"(1, 1)\"} ...'' |
''all objects: ["Circle {name = \"crcl_1\", renderableBase = RenderableBase {coords = \"(1, 1)\"} ...'' |
||
− | Теперь переходим к самой интересной части, в которой будет показана вся суть |
+ | Теперь переходим к самой интересной части, в которой будет показана вся суть идеи работы с гетерогенными списками. |
⚫ | |||
− | идеи работы с гетерогенными списками. |
||
⚫ | |||
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 240: | Line 221: | ||
Пока вручную. Позже эту работу возьмёт на себя TemplateHaskell. |
Пока вручную. Позже эту работу возьмёт на себя TemplateHaskell. |
||
− | Мало того, позже попытаемся упаковать эти списки в гетерогенный список типа HList, |
+ | Мало того, позже попытаемся упаковать эти списки в гетерогенный список типа HList, чтобы не использовать неуместные здесь функции. |
− | чтобы не использовать неуместные здесь функции. |
||
Итак, каждый элемент этих списков опредлён, как undefined, т.е. данные нас не интересуют. |
Итак, каждый элемент этих списков опредлён, как undefined, т.е. данные нас не интересуют. |
||
− | Нам нужно сохранить информацию о типе и, что более важно, нам |
+ | Нам нужно сохранить информацию о типе и, что более важно, нам важно не потерять информацию о функциональности, т.е. нам нужно как-то сохранить словари. |
− | важно не потерять информацию о функциональности, т.е. нам нужно как-то сохранить словари. |
||
− | Идём дальше. Первый этап нашей концепции научиться фильтровать |
+ | Идём дальше. Первый этап нашей концепции научиться фильтровать наш гетерогенный список по классу. |
− | + | Для этого напишем следующие функции: |
|
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 267: | Line 246: | ||
</haskell> |
</haskell> |
||
− | Тут мы принимаем некий объект (или обёртку с объектом), список типов, относящийся |
+ | Тут мы принимаем некий объект (или обёртку с объектом), список типов, относящийся к определённому классу и фильтруем этот список по типу. |
− | + | Вот для этого нам и понадобились Typeable и typeOf из пакета Data.Typeable. |
|
⚫ | |||
− | Typeable и typeOf из пакета Data.Typeable. |
||
⚫ | |||
⚫ | |||
⚫ | |||
Итак, теперь мы можем немного больше, например, отфильтровать наш список по классу и напечатать выборку: |
Итак, теперь мы можем немного больше, например, отфильтровать наш список по классу и напечатать выборку: |
||
Line 284: | Line 262: | ||
</haskell> |
</haskell> |
||
− | Т.е. если нам понадобятся только объекты класса ClsClickable или класса ClsSerializable, т.е. |
+ | Т.е. если нам понадобятся только объекты класса ClsClickable или класса ClsSerializable, т.е. объекты, обладающие строго определённой функциональностью, мы их получим. |
⚫ | |||
− | объекты, обладающие строго определённой функциональностью, мы их получим. |
||
⚫ | |||
− | нежели мы ожидали от гетерогенных списков ранее. |
||
Идем дальше. |
Идем дальше. |
||
+ | |||
Нам, тем не менее, всё-таки необходимо как-то с нашими объектами работать. |
Нам, тем не менее, всё-таки необходимо как-то с нашими объектами работать. |
||
− | И для этого напишем следующую функцию. И вот она будет корнем всей концепции, |
+ | И для этого напишем следующую функцию. И вот она будет корнем всей концепции, тем, ради чего, мы всё и затеяли: |
− | тем, ради чего, мы всё и затеяли. |
||
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 313: | Line 289: | ||
Эта функция подлежит генерализации и мы это сделаем ниже. Но сейчас давайте попытаемся понять, что же тут происходит. |
Эта функция подлежит генерализации и мы это сделаем ниже. Но сейчас давайте попытаемся понять, что же тут происходит. |
||
Мы принимаем объект. Далее, с помощью фильтрации, анализируем, относится ли этот объект к классу. |
Мы принимаем объект. Далее, с помощью фильтрации, анализируем, относится ли этот объект к классу. |
||
− | Если относится, распаковываем тип (undefined::тип) из соответствующей обёртки. |
+ | Если относится, распаковываем тип (undefined::некий тип) из соответствующей обёртки. |
− | подтверждаем с помощью функции unsafeCoerce, что наш объект относится к типу, инстанциирующему |
+ | Проводим подстановку типов, т.е. как бы подтверждаем с помощью функции unsafeCoerce, что наш объект относится к типу, инстанциирующему запрошенный нами класс. |
− | + | И ... перепаковываем наш объект в новую обёртку. |
|
+ | В обёртку с необходимой нам функциональностью. |
||
− | + | Другими словами, мы "на лету" подставляем нашему объекту соответствующие словари. |
|
И возвращаем наш объект в новой упаковке внутри типа Maybe. |
И возвращаем наш объект в новой упаковке внутри типа Maybe. |
||
Line 331: | Line 308: | ||
Вуаля. |
Вуаля. |
||
− | Ещё один шаг. Мы обобщим нашу функцию, т.е. вместо узкоспециальной функции |
+ | Ещё один шаг. Мы обобщим нашу функцию, т.е. вместо узкоспециальной функции asInstanceOfClickable напишем общую функцию asInstanceOf: |
− | asInstanceOfClickable напишем общую функцию asInstanceOf |
||
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 355: | Line 331: | ||
</haskell> |
</haskell> |
||
− | + | ... и проведём ещё пару экспериментов: |
|
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 404: | Line 380: | ||
</haskell> |
</haskell> |
||
− | Конечно же, код, написанный "с пылу, с жару", не лишён изъянов. |
+ | Конечно же, код, написанный "с пылу, с жару", не лишён изъянов. |
− | модуль, например "Data.InferInstanceOf" или "Data.InstanceOf". |
+ | Всё должно быть упаковано в соответствующий модуль, например "Data.InferInstanceOf" или "Data.InstanceOf". |
+ | Такие моменты как создание списков типов, хорошо автоматизируются с помощью TemplateHaskell. |
||
− | автоматизируются с помощью TemplateHaskell. Для лучшего восприятия можно воспользоваться Data.Maybe |
||
− | или взаимодействовать с Maybe в |
+ | Для лучшего восприятия можно воспользоваться Data.Maybe или взаимодействовать с Maybe в монадическом стиле. |
+ | Для проекта, который мы разрабатываем, я, конечно же, проведу эту работу. |
||
− | + | Но то, что уже имеется, будет большим подспорьем на нашем проекте. |
|
И самое главное. Я попытался немного подвинуть хаскель в сторону мультипарадигменности. |
И самое главное. Я попытался немного подвинуть хаскель в сторону мультипарадигменности. |
||
Line 414: | Line 391: | ||
В заключение хочу сказать, что в процессе поиска решения задачи было опробовано много различных подходов. |
В заключение хочу сказать, что в процессе поиска решения задачи было опробовано много различных подходов. |
||
− | Например, я пробовал решить задачу с использованием фамилий типов, с помощью рефлексии (Data.Reflection), |
+ | Например, я пробовал решить задачу с использованием фамилий типов, с помощью рефлексии (Data.Reflection), с помощью Dict из Data.Constraint, с помощью "cast", с помощью Data.Dynamic и пр. |
⚫ | |||
− | с помощью Dict из Data.Constraint, с помощью "cast", с помощью Data.Dynamic и пр. |
||
⚫ | |||
− | все попытки её (защиту) обойти. |
||
Буду рад, если эта статья окажется кому-то полезной. |
Буду рад, если эта статья окажется кому-то полезной. |
||
Line 497: | Line 472: | ||
Ниже представлен весь исходный код целиком. |
Ниже представлен весь исходный код целиком. |
||
− | Его можно скопировать в файл (например, testInstanceOfClass.hs) и запустить командой runhaskell testInstanceOfClass.hs |
+ | Его можно скопировать в файл (например, testInstanceOfClass.hs) и запустить командой runhaskell testInstanceOfClass.hs: |
<haskell> |
<haskell> |
||
Line 674: | Line 649: | ||
− | --[[User:Ilya|Ilya]] ([[User talk:Ilya|talk]]) |
+ | --[[User:Ilya|Ilya]] ([[User talk:Ilya|talk]]) 21:03, 31 August 2017 (UTC) |
Revision as of 21:03, 31 August 2017
Fully-functional heterogeneous lists
Цели и задачи
- Фильтрация элементов (объектов) гетерогенных списков по классам типов.
- Создание "настоящих" гетерогенных списков, обладающих полной функциональностью.
Описание проблемы
Мы реализуем проект на хаскель. И в рамках проекта появилась необходимость в использовании ООП парадигмы. Обсуждение, хорошо это или плохо, выходит за рамки данной статьи. Самое главное, что для нашего проекта, для решения конкретно наших задач, подошёл именно ООП подход.
Однако, камнем преткновения для нас стала невозможность хранения объектов в универсальных, так называемых гетерогенных списках. Хранить-то в принципе можно, но полноценно использовать - нет (даже при использовании экзистенциальных типов). Проблема, достаточно широко известная в хаскель. На одной из страниц "stackoverflow" я нашёл такой комментарий: "You can use existensials, but then you can't do anything with the data after pattern matching on it", что достаточно категорично характеризует ситуацию. Я достаточно долго бился над проблемой и, к сожалению, не нашёл решения данной задачи в интернете. Я изучил большое количество статей и провёл много экспериментов. См. внизу список использованных мною в процессе подготовки материалов. Время и усилия были не напрасны в плане погружения в хаскель, но больше всего радует то, что поставленная задача решена. Пусть пока грубо, пусть только для нашего конкретного случая.
Решение задачи
Хаскель по своей сути является функциональным языком программирования. Однако, пусть он будет мультипарадигменным хотя бы в нашем проекте.
Итак, примем за основу следующую схему. В моём восприятии, это традиционный путь в хаскеле для имитации ООП. Для определения и хранения полей объектов будем использовать data и/или newtype. Для придания объекту функциональности будем использовать типы классов (class), как, в некотором роде, аналоги интерфейсам в традиционных ООП-языках. Типы, классы и инстансы (instance) вместе пусть соответствуют классам в ООП.
Вся суть идеи будет заключена лишь в паре функций и массивов. Тем не менее, для того, чтобы показать, что всё работает (и как работает) напишем небольшой проект. Для пущей убедительности в том, что всё работает, сделаем объекты проекта "мультинаследуемыми".
Постараюсь сделать проект максимально простым. Основная цель проекта донести суть концепции.
Итак, приступим. Для начала приведу описание структуры дерева объектов:
- RenderableBase - абстрактный тип, отвечающий за расположение и рисование
- SerializableBase - абстрактный тип, отвечающий за сериализацию
Объекты следующих типов будут включены в гетерогенный список:
- Circle (наследуется от RenderableBase и SerializableBase)
- Rectangle (наследуется от RenderableBase)
- Triangle (наследуется от RenderableBase)
Представим схему наследования в виде небольшого списка:
- SerializableBase > Circle
- RenderableBase > Circle
- RenderableBase > Rectangle
- RenderableBase > Triangle
Иерархия наследования не играет никакой роли для реализации концепции и приведена лишь для того, чтобы придать проекту ощущение объектно-ориентированного подхода.
Теперь дам описание классов типов:
- ClsShape - данный класс предназначен для объединения объектов в гетерогенный список
- ClsRenderable - описывает функцию рендеринга
- ClsClickable - описывает функцию-реакцию на клик мышки
- ClsSerializable - описывает функцию сериализации объекта
Теперь нечто более важное:
- объекты типов Circle, Rectangle и Triangle могут быть отрисованы, т.е. имплементируют функцию render
- на объекты типа Rectangle и Triangle можно кликнуть мышкой (Внимание! На объекты типа Circle кликнуть мышкой нельзя, т.е. тип Circle не реализует/не инстанциирует функционал класса ClsClickable)
- объект типа Circle можно сериализовать (класс ClsSerializable)
Представим схему функциональности в виде небольшого списка, которая показывает какой класс каким типом инстанциируется:
- ClsRenderable > Circle
- ClsRenderable > Rectangle
- ClsRenderable > Triangle
- ClsClickable > Rectangle
- ClsClickable > Triangle
- ClsSerializable > Circle
Теперь начнём писать код. Для начала включим все необходимые нам расширения GHC и импортируем библиотеки:
{-# LANGUAGE GADTs, ConstraintKinds, KindSignatures #-}
{-# LANGUAGE ScopedTypeVariables, FlexibleInstances #-}
{-# LANGUAGE DuplicateRecordFields, RecordWildCards #-}
module Main where
import Data.Typeable (Typeable, typeOf)
import GHC.Exts (Constraint)
import Unsafe.Coerce (unsafeCoerce)
Да нам понадобится функция небезопасного приведения типов unsafeCoerce, но об этом чуть позже. Весь код сосредоточен в одном файле, однако, давайте представим, что всё разбито на модули. Этим мне хотелось бы показать, что проект масштабируем. Сначала опишем все классы, базовые абстрактные типы и типы данных, для которых мы будем создавать объекты. А также инстанциируем каждый тип. Пока всё тривиально. Мы используем "традиционный" подход для имитации ООП в хаскель:
-- module Base where --
class ClsShape shape
-- module RenderableBase where --
class ClsRenderable a where render::a->String
data RenderableBase = RenderableBase {coords::String} deriving Show
instance ClsRenderable RenderableBase where render a = coords a
-- module ClickableBase where --
class ClsClickable a where click::a->String
-- module SerializableBase where --
class ClsSerializable a where serialize::a->String
data SerializableBase = SerializableBase {serializedData::String} deriving Show
instance ClsSerializable SerializableBase where serialize a = serializedData a
-- module Circle where --
data Circle = Circle {
name :: String,
renderableBase :: RenderableBase,
serializableBase :: SerializableBase
} deriving Show
instance ClsShape Circle
instance ClsRenderable Circle where
render Circle{..} = "Circle " ++ name ++ " " ++ render renderableBase
instance ClsSerializable Circle where
serialize Circle{..} = "Circle " ++ name ++ " " ++ serialize serializableBase
-- module Rectangle where --
data Rectangle = Rectangle {
name :: String,
renderableBase :: RenderableBase
} deriving Show
instance ClsShape Rectangle
instance ClsRenderable Rectangle where
render Rectangle{..} = "Rectangle " ++ name ++ " " ++ render renderableBase
instance ClsClickable Rectangle where
click Rectangle{..} = "Rectangle " ++ name ++ " " ++ coords renderableBase ++ " clicked"
-- module Triangle where --
data Triangle = Triangle {
name :: String,
renderableBase :: RenderableBase
} deriving Show
instance ClsShape Triangle
instance ClsRenderable Triangle where
render Triangle{..} = "Triangle " ++ name ++ " " ++ render renderableBase
instance ClsClickable Triangle where
click Triangle{..} = "Triangle " ++ name ++ " " ++ coords renderableBase ++ " clicked"
Теперь немного интереснее. Создадим тип-обёртку для реализации гетерогенного списка:
-- module InferInstanceOf where --
data Wrap (constraint :: * -> Constraint) where
Wrp :: (Show a, Typeable a, constraint a) => a -> Wrap constraint
instance Show (Wrap a) where show (Wrp a) = show a
Инстанциирование класса Show не играет никакой роли и служит лишь отладочным целям. А вот фраза "(constraint :: * -> Constraint)" гораздо интереснее. Тут мы как бы говорим, что в качестве подтипа для типа Wrap мы будем использовать некий класс. Т.е. классы в данном случае будут играть роль типов.
Теперь создадим сам гетерогенный список:
-- module Main where --
testData :: [Wrap ClsShape]
testData = [
Wrp$ Circle "crcl_1" (RenderableBase "(1, 1)") (SerializableBase "Crcl1"),
Wrp$ Circle "crcl_2" (RenderableBase "(2, 2)") (SerializableBase "Crcl2"),
Wrp$ Rectangle "rect_1" (RenderableBase "(3, 3)"),
Wrp$ Rectangle "rect_2" (RenderableBase "(4, 4)"),
Wrp$ Triangle "trngl_1" (RenderableBase "(5, 5)"),
Wrp$ Triangle "trngl_2" (RenderableBase "(6, 6)")
]
Первое, список можно пополнять динамически, в процессе выполнения программы. Второе, мы тут же теряем всю информацию о функциональности каждого объекта, т.е. все словари для классов: ClsRenderable, ClsClickable и ClsSerializable. Остаются лишь ничего не значащиe для нас ClsShape, Typeable (о нём чуть позже) и Show для отладочных целей.
Максимум, что мы можем сейчас сделать это просто напечатать список объектов:
main = do
putStr "all objects: "
print$ map (\(Wrp a)->show a) testData
all objects: ["Circle {name = \"crcl_1\", renderableBase = RenderableBase {coords = \"(1, 1)\"} ...
Теперь переходим к самой интересной части, в которой будет показана вся суть идеи работы с гетерогенными списками. Определяем списки распределённых по классам типов:
renderableTypes:: [Wrap ClsRenderable]
renderableTypes = [
Wrp (undefined::Circle),
Wrp (undefined::Rectangle),
Wrp (undefined::Triangle)
]
clickableTypes:: [Wrap ClsClickable]
clickableTypes = [
Wrp (undefined::Rectangle),
Wrp (undefined::Triangle)
]
serializableTypes:: [Wrap ClsSerializable]
serializableTypes = [
Wrp (undefined::Circle)
]
Пока вручную. Позже эту работу возьмёт на себя TemplateHaskell. Мало того, позже попытаемся упаковать эти списки в гетерогенный список типа HList, чтобы не использовать неуместные здесь функции. Итак, каждый элемент этих списков опредлён, как undefined, т.е. данные нас не интересуют. Нам нужно сохранить информацию о типе и, что более важно, нам важно не потерять информацию о функциональности, т.е. нам нужно как-то сохранить словари.
Идём дальше. Первый этап нашей концепции научиться фильтровать наш гетерогенный список по классу. Для этого напишем следующие функции:
-- module InferInstanceOf where --
instanceOf::Typeable a => [Wrap (constraint :: * -> Constraint)] -> a -> Bool
instanceOf list a = not. null $ selectType list a
instanceWrapOf::
[Wrap (constraint :: * -> Constraint)] ->
Wrap (constraint2 :: * -> Constraint) -> Bool
instanceWrapOf list (Wrp a) = instanceOf list a
selectType::Typeable a =>
[Wrap (constraint :: * -> Constraint)] ->
a ->
[Wrap (constraint :: * -> Constraint)]
selectType list a = filter inList list
where inList (Wrp b) = typeOf a == typeOf b
Тут мы принимаем некий объект (или обёртку с объектом), список типов, относящийся к определённому классу и фильтруем этот список по типу. Вот для этого нам и понадобились Typeable и typeOf из пакета Data.Typeable. Тут всё просто, если есть тип нашего объекта в списке, тогда объект относится к соответствующему классу. (Не забывайте, хаскель после компиляции полностью забывает про классы.)
Итак, теперь мы можем немного больше, например, отфильтровать наш список по классу и напечатать выборку:
main = do
-- ...
putStr "\nclickable objects: "
print$ map show$ filter (\(Wrp a)->instanceOf clickableTypes a) testData
putStr "\nserializable objects: "
print$ map show$ filter (instanceWrapOf serializableTypes) testData
Т.е. если нам понадобятся только объекты класса ClsClickable или класса ClsSerializable, т.е. объекты, обладающие строго определённой функциональностью, мы их получим. И сможем их только... напечатать. Ничего больше. Но это уже нечто большее, нежели мы ожидали от гетерогенных списков ранее.
Идем дальше.
Нам, тем не менее, всё-таки необходимо как-то с нашими объектами работать. И для этого напишем следующую функцию. И вот она будет корнем всей концепции, тем, ради чего, мы всё и затеяли:
-- module Main (later InferInstanceOf) where --
asInstanceOfClickable a =
if null typeOfClass then
Nothing
else
Just. unwrap. head$ typeOfClass
where
typeOfClass = selectType clickableTypes a
unwrap (Wrp b) = substitute a b
substitute::forall t1 t2. (Typeable t2, Show t2, ClsClickable t2) =>
t1 ->
t2 ->
Wrap ClsClickable
substitute x y = Wrp (unsafeCoerce x::t2)
Эта функция подлежит генерализации и мы это сделаем ниже. Но сейчас давайте попытаемся понять, что же тут происходит. Мы принимаем объект. Далее, с помощью фильтрации, анализируем, относится ли этот объект к классу. Если относится, распаковываем тип (undefined::некий тип) из соответствующей обёртки. Проводим подстановку типов, т.е. как бы подтверждаем с помощью функции unsafeCoerce, что наш объект относится к типу, инстанциирующему запрошенный нами класс. И ... перепаковываем наш объект в новую обёртку. В обёртку с необходимой нам функциональностью. Другими словами, мы "на лету" подставляем нашему объекту соответствующие словари. И возвращаем наш объект в новой упаковке внутри типа Maybe.
Теперь мы можем полноценно работать с нашим объектом из гетерогенного списка:
main = do
-- ...
putStr "\ncall click function: "
print$ map (\a->case a of Just (Wrp a)->click a; Nothing->"")$
map (\(Wrp a)->asInstanceOfClickable a ) testData
Вуаля.
Ещё один шаг. Мы обобщим нашу функцию, т.е. вместо узкоспециальной функции asInstanceOfClickable напишем общую функцию asInstanceOf:
asInstanceOf::Typeable a =>
[Wrap (constraint :: * -> Constraint)] ->
a ->
Maybe (Wrap (constraint :: * -> Constraint))
asInstanceOf list a =
if null typeOfClass then
Nothing
else
Just. unwrap. head$ typeOfClass
where
typeOfClass = selectType list a
unwrap (Wrp b) = substitute a b
substitute::forall t1 t2 constraint.
(Typeable t2, Show t2, (constraint :: * -> Constraint) t2) =>
t1 ->
t2 ->
Wrap (constraint :: * -> Constraint)
substitute x y = Wrp (unsafeCoerce x::t2)
... и проведём ещё пару экспериментов:
main = do
-- ...
putStr "\ncall render function: "
print$ map (\a->case a of Just (Wrp a)->render a; Nothing->"")$
map (\(Wrp a)->asInstanceOf renderableTypes a ) testData
putStr "\ncall serialize function: "
print$ map (\a->case a of Just (Wrp a)->serialize a; Nothing->"")$
map (\(Wrp a)->asInstanceOf serializableTypes a ) testData
... а также попробуем объединить действия из разных функциональных интерфейсов:
main = do
-- ...
putStr "\ncall click and render functions: "
print$
map (\(a, b)->
"click: " ++
(case a of Just (Wrp a)->click a; Nothing->"-") ++
"; render: " ++
(case b of Just (Wrp b)->render b; Nothing->"-") )$
map (\(Wrp a)->(asInstanceOf clickableTypes a, asInstanceOf renderableTypes a) )
testData
... или применим преобразование последовательно:
main = do
-- ...
putStr "\ncall click and render functions: "
print$
map (\w->"click: " ++
case w of
Just (Wrp a)->
click a ++
"; render: " ++
case asInstanceOf renderableTypes a of
Just (Wrp d)->render d
Nothing->"-"
Nothing->"-"
)$
map (\(Wrp a)->asInstanceOf clickableTypes a ) testData
Конечно же, код, написанный "с пылу, с жару", не лишён изъянов. Всё должно быть упаковано в соответствующий модуль, например "Data.InferInstanceOf" или "Data.InstanceOf". Такие моменты как создание списков типов, хорошо автоматизируются с помощью TemplateHaskell. Для лучшего восприятия можно воспользоваться Data.Maybe или взаимодействовать с Maybe в монадическом стиле. Для проекта, который мы разрабатываем, я, конечно же, проведу эту работу. Но то, что уже имеется, будет большим подспорьем на нашем проекте.
И самое главное. Я попытался немного подвинуть хаскель в сторону мультипарадигменности. Почему? Да, хотя бы потому, что мне самому это понадобилось и показалось интересным реализовать.
В заключение хочу сказать, что в процессе поиска решения задачи было опробовано много различных подходов. Например, я пробовал решить задачу с использованием фамилий типов, с помощью рефлексии (Data.Reflection), с помощью Dict из Data.Constraint, с помощью "cast", с помощью Data.Dynamic и пр. Однако, каждый раз я заходил в тупик. Хаскель ревностно защищает свою систему типов и жёстко пресекает все попытки её (защиту) обойти.
Буду рад, если эта статья окажется кому-то полезной.
Список использованных в процессе подготовки материалов
haskell - Use of 'unsafeCoerce' - Stack Overflow
ghc - Unsafe entailment with Haskell constraints - Stack Overflow
" LAST_MODIFIED="1503486437 unsafe entailment with haskell constraints www.tutel.me
" LAST_MODIFIED="1503486431 turning a dict into a constraint www.tutel.me
Toy instructional example of Haskell GADTs: simple dynamic types. · GitHub
" LAST_MODIFIED="1503472772 OOP in Haskell: implementing wxHaskell in Haskell
Object-Oriented Style Overloading for Haskell - Microsoft Research
OOHaskell/CircBuffer.hs at master · nkaretnikov/OOHaskell · GitHub
oo-haskell/Store.hs at master · andorp/oo-haskell · GitHub
newtype Monoid example haskell - Use of 'unsafeCoerce' - Stack Overflow
haskell - How to put constraints on the associated data? - Stack Overflow
Haskell for all: Scrap your type classes
" LAST_MODIFIED="1503388691 Constraint Kinds for GHC
typeclass - How do I make an heterogeneous list in Haskell? (originally in Java) - Stack Overflow
haskell - ConstraintKinds explained on a super simple example - Stack Overflow
OOP vs type classes - HaskellWiki
Heterogenous collections - HaskellWiki
How to work on lists - HaskellWiki
Some interesting features of Haskell’s type system | Wolfgang Jeltsch
" LAST_MODIFIED="1500982273 Typeable and Data in Haskell
" LAST_MODIFIED="1502692658 GHC/Type families - HaskellWiki
introspection - Get a list of the instances in a type class in Haskell - Stack Overflow
" LAST_MODIFIED="1502692685 7.12. The Constraint kind
Typeclasses: Polymorphism in Haskell - Andrew Gibiansky
" LAST_MODIFIED="1501081748 Tagging functions in Haskell - Stack Overflow
haskell - AllowAmbiguousTypes and propositional equality: what's going on here? - Stack Overflow
" LAST_MODIFIED="1501503653 24 Days of GHC Extensions: Type Families
" LAST_MODIFIED="1501235394 GHC/AdvancedOverlap - HaskellWiki
haskell - How can I read the metadata of a type at runtime? - Stack Overflow
Reflecting values to types and back - School of Haskell | School of Haskell
Type Families and Pokemon. - School of Haskell | School of Haskell
GHC/Type families - HaskellWiki
Исходный код
Ниже представлен весь исходный код целиком. Его можно скопировать в файл (например, testInstanceOfClass.hs) и запустить командой runhaskell testInstanceOfClass.hs:
{-# LANGUAGE GADTs, ConstraintKinds, KindSignatures #-}
{-# LANGUAGE ScopedTypeVariables, FlexibleInstances #-}
{-# LANGUAGE DuplicateRecordFields, RecordWildCards #-}
module Main where
import Data.Typeable (Typeable, typeOf)
import GHC.Exts (Constraint)
import Unsafe.Coerce (unsafeCoerce)
-- module Base where --
class ClsShape shape
-- module RenderableBase where --
class ClsRenderable a where
render::a->String
data RenderableBase = RenderableBase {coords::String} deriving Show
instance ClsRenderable RenderableBase where
render a = coords a
-- module ClickableBase where --
class ClsClickable a where
click::a->String
-- module SerializableBase where --
class ClsSerializable a where
serialize::a->String
data SerializableBase = SerializableBase {serializedData::String} deriving Show
instance ClsSerializable SerializableBase where
serialize a = serializedData a
-- module Circle where --
data Circle = Circle {
name :: String,
renderableBase :: RenderableBase,
serializableBase :: SerializableBase
} deriving Show
instance ClsShape Circle
instance ClsRenderable Circle where
render Circle{..} = "Circle " ++ name ++ " " ++ render renderableBase
instance ClsSerializable Circle where
serialize Circle{..} = "Circle " ++ name ++ " " ++ serialize serializableBase
-- module Rectangle where --
data Rectangle = Rectangle {
name :: String,
renderableBase :: RenderableBase
} deriving Show
instance ClsShape Rectangle
instance ClsRenderable Rectangle where
render Rectangle{..} = "Rectangle " ++ name ++ " " ++ render renderableBase
instance ClsClickable Rectangle where
click Rectangle{..} = "Rectangle " ++ name ++ " " ++ coords renderableBase ++ " clicked"
-- module Triangle where --
data Triangle = Triangle {
name :: String,
renderableBase :: RenderableBase
} deriving Show
instance ClsShape Triangle
instance ClsRenderable Triangle where
render Triangle{..} = "Triangle " ++ name ++ " " ++ render renderableBase
instance ClsClickable Triangle where
click Triangle{..} = "Triangle " ++ name ++ " " ++ coords renderableBase ++ " clicked"
-- module InferInstanceOf where --
data Wrap (constraint :: * -> Constraint) where
Wrp :: (Show a, Typeable a, constraint a) => a -> Wrap constraint
instance Show (Wrap a) where
show (Wrp a) = show a
-- module Main where --
testData :: [Wrap ClsShape]
testData = [
Wrp$ Circle "crcl_1" (RenderableBase "(1, 1)") (SerializableBase "Crcl1"),
Wrp$ Circle "crcl_2" (RenderableBase "(2, 2)") (SerializableBase "Crcl2"),
Wrp$ Rectangle "rect_1" (RenderableBase "(3, 3)"),
Wrp$ Rectangle "rect_2" (RenderableBase "(4, 4)"),
Wrp$ Triangle "trngl_1" (RenderableBase "(5, 5)"),
Wrp$ Triangle "trngl_2" (RenderableBase "(6, 6)")
]
renderableTypes:: [Wrap ClsRenderable]
renderableTypes = [
Wrp (undefined::Circle),
Wrp (undefined::Rectangle),
Wrp (undefined::Triangle)
]
clickableTypes:: [Wrap ClsClickable]
clickableTypes = [
Wrp (undefined::Rectangle),
Wrp (undefined::Triangle)
]
serializableTypes:: [Wrap ClsSerializable]
serializableTypes = [
Wrp (undefined::Circle)
]
-- module InferInstanceOf where --
instanceOf::Typeable a => [Wrap (constraint :: * -> Constraint)] -> a -> Bool
instanceOf list a = not. null $ selectType list a
instanceWrapOf::[Wrap (constraint :: * -> Constraint)] -> Wrap (constraint2 :: * -> Constraint) -> Bool
instanceWrapOf list (Wrp a) = instanceOf list a
selectType::Typeable a => [Wrap (constraint :: * -> Constraint)] -> a -> [Wrap (constraint :: * -> Constraint)]
selectType list a = filter inList list
where inList (Wrp b) = typeOf a == typeOf b
-- module InferInstanceOf where --
-- asInstanceOfClickable: only as example
asInstanceOfClickable a =
if null typeOfClass then
Nothing
else
Just. unwrap. head$ typeOfClass
where
typeOfClass = selectType clickableTypes a
unwrap (Wrp b) = substitute a b
substitute::forall t1 t2. (Typeable t2, Show t2, ClsClickable t2) => t1 -> t2 -> Wrap ClsClickable
substitute x y = Wrp (unsafeCoerce x::t2)
asInstanceOf::Typeable a => [Wrap (constraint :: * -> Constraint)] -> a -> Maybe (Wrap (constraint :: * -> Constraint))
asInstanceOf list a =
if null typeOfClass then
Nothing
else
Just. unwrap. head$ typeOfClass
where
typeOfClass = selectType list a
unwrap (Wrp b) = substitute a b
substitute::forall t1 t2 constraint. (Typeable t2, Show t2, (constraint :: * -> Constraint) t2) => t1 -> t2 -> Wrap (constraint :: * -> Constraint)
substitute x y = Wrp (unsafeCoerce x::t2)
-- module Main where --
main = do
putStr "all objects: "
print$ map (\(Wrp a)->show a) testData
putStr "\nclickable objects: "
print$ map show$ filter (\(Wrp a)->instanceOf clickableTypes a) testData
putStr "\nserializable objects: "
print$ map show$ filter (instanceWrapOf serializableTypes) testData
putStr "\ncall click function: "
print$ map (\w->case w of Just (Wrp a)->click a; Nothing->"")$
map (\(Wrp a)->asInstanceOfClickable a ) testData
putStr "\ncall render function: "
print$ map (\w->case w of Just (Wrp a)->render a; Nothing->"")$
map (\(Wrp a)->asInstanceOf renderableTypes a ) testData
putStr "\ncall serialize function: "
print$ map (\w->case w of Just (Wrp a)->serialize a; Nothing->"")$
map (\(Wrp a)->asInstanceOf serializableTypes a ) testData
putStr "\ncall click and render functions: "
print$ map (\(w1, w2)-> "click: " ++
(case w1 of Just (Wrp a)->click a; Nothing->"-") ++
"; render: " ++
(case w2 of Just (Wrp b)->render b; Nothing->"-") )$
map (\(Wrp a)->(asInstanceOf clickableTypes a, asInstanceOf renderableTypes a) ) testData
putStr "\ncall click and render functions: "
print$ map (\w->"click: " ++
case w of
Just (Wrp a)->
click a ++
"; render: " ++
case asInstanceOf renderableTypes a of
Just (Wrp d)->render d
Nothing->"-"
Nothing->"-"
)$
map (\(Wrp a)->asInstanceOf clickableTypes a ) testData