Язык Haskell: особенности и сферы применения

Язык Haskell часто называют ленивым языком программирования, но дело вовсе не в том, что он слишком простой или малофункциональный. На самом деле Haskell – довольно востребованный инструмент, поэтому его стоит рассмотреть для изучения, если вы собираетесь заняться программированием серьезно.

Более того, этот язык будет незаменим, если вы собираетесь посвятить себя функциональному программированию. В статье мы расскажем, как появился Haskell, каковы его особенности, разберем сферу применения и приведем список полезной литературы для изучения.

Описание языка Haskell

Язык Haskell (Хаскелл) – совокупность символов для обработки и машинного кодирования списков и вычислений. Эта довольно распространенная, чистая и функциональная система получила свое название в честь математика Карри Хаскелла.

Программы для вычисления значений функций (функциональные) больше используется для работы с несколькими параллельными потоками. Подобные заданные последовательности действий при работе с данными обеспечивают более высокую точность и производительность.

В обычных языках программисты создают инструкции для компилятора по порядку выполнения различных операций. Система Хаскелл построена на другом принципе. В этом языке программист дает непосредственное указание программе, что необходимо делать. Язык Haskell является ленивым, поэтому в заданной последовательности действий не предусмотрено выполнение кода, если он расценивается как необязательный.

Таким образом можно сказать, что программа, построенная на системе Хаскелл, представляет собой череду выполняемых функций.

История языка программирования Haskell

Предвестником появления ленивых языков, к которым относится и Хаскелл, является Miranda, появившаяся еще в 1985 году. Эта система распространялась на основании лицензионного соглашения, вследствие чего на конференции по развитию языков для вычисления функций, которая прошла в Портленде в 1987 г., участники приняли решение создать свободный вариант подобного языка. Для реализации этой задачи был сформирован соответствующий комитет.

В 1990-м миру был представлен язык программирования Haskell 1.0. К концу этого же года система получила требуемую стабильность. Ее оснастили стандартным сборником подпрограмм. Язык отличался рядом перспективных экспериментальных особенностей и назывался Haskell 98. Публикация его стандарта состоялась в начале 1999 г. Через 4 года система получила ряд дополнений, немного позже появилась и эталонная программа, переводящая текст, написанный на программном языке в набор машинных кодов – GHC (Glasgow Haskell Compiler).

В настоящее время используется стандарт Haskel. Он был представлен в 2010 г., а позже появились и некоторые дополнения. Сейчас кроме GHC программисты применяют и компилятор UHC (The Utrecht Haskell Compiler), в котором присутствует ряд экспериментальных расширений.

Структура языка Haskell

Набор правил, описывающий комбинации символов в Хаскелл

Наиболее простой вариант программы на Haskell:

// Комментарий

main = putStrLn «Hello World!»

Рассмотрим механизм работы единственной программной строки. «Main» выступает основной функцией, возвращающей определенное значение. В рассматриваемом примере происходит возврат значения вывода на монитор строки «Hello World!». Функция, которая переводит текст языка программирования в машинные коды, понимает, что putStrLn — команда вывода на монитор. Если бы компилятор об этом не знал, то пришлось бы писать следующее:

// Комментарий

main :: IO ()

main = putStrLn «Hello World!»

В этом случае тип программы main указан явно. Он определяет ввод и вывод определенных результатов (IO — input/output, т. е. ввод/вывод).

В Хаскелл присутствуют следующие базовые типы данных:

• Integer — целое число;
• Char — символ;
• Double — число с меняющейся точкой или дробное.

Математические вычисления в системе Хаскелл имеют стандартный вид: +, –, *, /.

Функции и их значения

Практически всё в языке Хаскелл построено на основе функции. Цель специалиста по программированию состоит в создании ее описания таким образом, чтобы компилятору было ясно:

• какие параметры могут перейти в функцию;
• какие операции с ними необходимо проводить;
• в какой форме нужно представить результат.

Скачать файл

В данном случае мы видим, что функции в Хаскелл представляют собой комплект правил обработки данных. Так, при необходимости найти факториал определенного числа, на Haskell следует сделать следующую запись:

// факториал — результат умножения чисел от 1 до определенного числа.

// например, факториал 3-х равен 1 х 2 х 3.

fac :: Integer -> Integer

fac 0 = 1

fac n | n > 0 = n * fac (n — 1)

HTML

Copy

В первой строке после комментариев указывается, что мы объявляем новую функцию (fac), которая будет работать с типами данных (::) следующим образом: на вход приходит целое число (Integer) и на выходе возвращается целое число (-> Integer).

Во второй строчке прописано, что если нужно посчитать факториал 0, то получится 1.

Наиболее сложная, но при этом и интересная – последняя строка. Обратите внимание на математическую идею: факториал любого числа n (fac n), где n больше нуля (| n > 0), равняется результату его умножения (n *) на факториал предшествующего числа (fac (n – 1)).

Здесь мы записали строгое математическое определение на Хаскелл и дали указание функции по способу нахождения факториала для любого целого числа. При попытке вызвать факториал числа 3.5, система выдаст ошибку, так как 3.5 не подходит под тип Integer.

Программный код на Хаскелл представляет собой комплект функций и правил, между которыми может предусматриваться определенная связь. Обработка всех данных производится в строгом соответствии с такими установками, что способствует получению точного результата. Работа может проводиться с разными видами данных. Для этого их следует преобразовать, чтобы они стали понятны системе Хаскелл. Язык Haskell благодаря своим особенностям может применяться в тех сферах, где требуется точность и надежность вычислений.

Ленивые вычисления

Haskell — язык, который способен обеспечивать вычисление необходимых значений в функциях тогда, когда это требуется программе, а не только тогда, когда это прописал программист. Это свойство позволяет отнести Хаскелл к ленивым языкам.

Например, рассмотрим функцию, возвращающую определенные значения после вызова. Если в конкретный момент времени это значение нам не требуется, то оно и не будет применено при вызове функции (Хаскелл не считает его). Системы посчитает его тогда, когда это понадобится функции в другом месте вычислений.

Сферы использования языка Haskell

Язык Haskell набирает все бо́льшую популярность в различных направлениях. Так, в финансовой сфере развитые банки и фондовые организации используют его для создания своих персональных рабочих инструментов. В бизнесе этот язык может гарантировать точность и безошибочность проводимых вычислений.

Haskell используется разработчиками для нахождения способов тестирования кода в других языках программирования. Тогда применяют приблизительно такой же способ действий, как описан выше, ведь Хаскелл запросто может быть полезным как для оценки обычных языков, так и символьных систем машинного кодирования.

Анкета

Haskell применим и в разработке веб-дизайнов; в Джава Скрипт он помогает переводить написанный на языке программирования текст в машинный код, который может анализировать одновременно большое количество подключений.

Связанные языки с Haskell

Предшественником Haskell и близким ему по характеристикам является Clean. Основное его отличие состоит в том, что в нем применяются типы уникальности, а не монады, позволяющие задавать последовательность операций, производить действия с побочными эффектами.

По прототипу Haskell были разработаны другие языки, отличающиеся системами типов, например, такие:

• Agda – чистый функциональный язык, использующий зависимые типы.
• Cayenne – также применяет зависимые типы.
• Elm – функциональный язык, применяемый при создании графических интерфейсов веб-приложений; не поддерживает типы высокого уровня.
• Эпиграмма – функциональный язык с применением зависимых типов для доказательства свойств программ.
• Idris – функциональный язык, использующий зависимые типы, разработан в Университете Сент-Эндрюс.
• PureScript – переводит написанный на языке программирования текст в машинный код в JavaScript.
• Ωmega – множество длинных бесконечных последовательностей символов.

Список известных родственных вариантов языка Haskell включает:

• Curry – встраиваемый язык программирования общего назначения.
• Generic Haskell – поддерживает систему типов для общего программирования.
• Hume – это функциональный язык программирования для встраиваемых систем. Он основан на автоматических процессах без сохранения состояния над кортежами каналов почтовых ящиков. Состояние может сохраняться за счет взаимодействия с ними; описывается сопоставление выходов с каналами путем разводки ящиков с Haskell-подобным языком выражений и синтаксиса.

Полезная литература для изучения Haskell

• «Справочник по языку Haskell». Р. Душкин.

Русскоязычная книга для изучения языка Haskell. Здесь описаны способы решения проблем при помощи кодовой системы, правила работы с ней и ее возможности.

Книга поможет новичку в программировании или студентам соответствующих специальностей разобраться с тонкостями работы Хаскелл.

• «Программируй на Haskell». Уилл Курт.

Здесь представлены уроки, примеры, различные упражнения и задания, помогающие научиться думать в стиле Haskell. Много графического материала, что делает книгу понятной и облегчает изучение.

С помощью таких задач можно обучиться писать, разрабатывать и проводить тестирование различных проектов. Книга открывает перспективные выгоды использования Haskell.

Справочник не подойдет для новичка, необходимо знать хотя бы основы работы с языками программирования.

• «Практика работы на языке Haskell». Р. Душкин.

Книгу стоит купить тем, кто решил изучать технологии компьютерных систем, робототехнику, принципы искусственного интеллекта.

Здесь можно найти подробное описание функциональных языков понятными и доступными фразами, поэтому книга отлично подойдет для начинающих в мире программирования.

Справочник может использоваться при изучении не только функционального программирования, но и связанных с ним дисциплин. Книга позволяет понять прикладные основы программирования, рассматривая их на примере языка Хаскелл.

• «Изучаем Haskell». Алехандро Серано Мена.

Здесь описываются основные термины и понятия функционального языка Haskell, его элементы, библиотеки, принципы применения, база функциональной парадигмы. Автор показывает пути и преимущества работы с Хаскелл на примере проекта интернет-магазина. Также описываются программы, которые могут дополнительно использоваться в управлении проектами, при создании графических приложений, проведении тестирования программ, управлении базами данных.

• «Изучай Haskell во имя добра!» М. Липовача.

Этот учебник может раскрыть невидимые на первый взгляд возможности Haskell. Автор использует оригинальные графические изображения, удачные примеры, что позволяет доступно и просто объяснить принципы функционирования этого сложного языка.

Книга особенно полезна для новичков. Здесь описываются азы функционального программирования, приводятся примеры полезных кодов, которые могут пригодиться при создании своих проектов.

Каждый должен сам для себя понять, нужно ли вам изучать этот язык или нет. Но помните, что знание Haskell всегда будет полезно, так как поможет развивать навыки программирования даже у тех разработчиков, кто обычно использует другие языки.