Как происходит работа в Haskell?

Алгебраические Типы данных (ADT) в Haskell могут автоматически становиться экземплярами некоторых типов (например, Show, Eq) путем их получения.

data  Maybe a  =  Nothing | Just a
  deriving (Eq, Ord)

Мой вопрос: как работает этот deriving, т.е. как Haskell знает, как реализовать функции производного типа для получения ADT?

Кроме того, почему deriving ограничивается только определенными классами? Почему я не могу написать свой собственный класс, который можно получить?

Ответ 1

Короткий ответ: magic:-). Это означает, что автоматическое получение производится в спецификации Haskell, и каждый компилятор может реализовать его по-своему. Там много работы о том, как сделать его расширяемым, однако.

Derive - это инструмент для Haskell, позволяющий вам создавать собственные механизмы генерации.

GHC используется для предоставления выведенного расширения класса типа, называемого Generic Classes, но он редко использовался, поскольку он был несколько слабым. Это уже сделано, и в настоящее время ведется работа по интеграции нового генерического механизма, как описано в этом документе: http://www.dreixel.net/research/pdf/gdmh.pdf

Подробнее об этом см.:

GHC wiki: http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/Compiler/GenericDeriving
Haskell wiki: http://www.haskell.org/haskellwiki/Generics
Hackage: http://hackage.haskell.org/package/generic-deriving

Ответ 2

Из отчета Haskell 98:

Единственными классами в Prelude, для которых разрешены производные экземпляры, являются Eq, Ord, Enum, Bounded, Show и Read...

Здесь описано, как получить эти классы типов: http://www.haskell.org/onlinereport/derived.html#derived-appendix

Ответ 3

Можно использовать Template Haskell, чтобы генерировать объявления экземпляров аналогично предложениям-выводам.

Следующий пример бесстыдно украден из Haskell Wiki:

В этом примере мы используем следующий код Haskell

$(gen_render ''Body)

чтобы создать следующий экземпляр:

instance TH_Render Body where
  render (NormalB exp) = build 'normalB exp
  render (GuardedB guards) = build 'guardedB  guards

Функция gen_render выше определяется следующим образом. (Обратите внимание, что этот код должен быть в отдельном модуле из приведенного выше использования).

-- Generate an intance of the class TH_Render for the type typName
gen_render :: Name -> Q [Dec]
gen_render typName =
  do (TyConI d) <- reify typName -- Get all the information on the type
     (type_name,_,_,constructors) <- typeInfo (return d) -- extract name and constructors                  
     i_dec <- gen_instance (mkName "TH_Render") (conT type_name) constructors
                      -- generation function for method "render"
                      [(mkName "render", gen_render)]
     return [i_dec]  -- return the instance declaration
             -- function to generation the function body for a particular function
             -- and constructor
       where gen_render (conName, components) vars 
                 -- function name is based on constructor name  
               = let funcName = makeName $ unCapalize $ nameBase conName 
                 -- choose the correct builder function
                     headFunc = case vars of
                                     [] -> "func_out"
                                     otherwise -> "build" 
                      -- build 'funcName parm1 parm2 parm3 ...
                   in appsE $ (varE $ mkName headFunc):funcName:vars -- put it all together
             -- equivalent to 'funcStr where funcStr CONTAINS the name to be returned
             makeName funcStr = (appE (varE (mkName "mkName")) (litE $ StringL funcStr))

Использует следующие функции и типы.

Сначала некоторые синонимы типов, чтобы сделать код более читаемым.

type Constructor = (Name, [(Maybe Name, Type)]) -- the list of constructors
type Cons_vars = [ExpQ] -- A list of variables that bind in the constructor
type Function_body = ExpQ 
type Gen_func = Constructor -> Cons_vars -> Function_body
type Func_name = Name   -- The name of the instance function we will be creating
-- For each function in the instance we provide a generator function
-- to generate the function body (the body is generated for each constructor)
type Funcs = [(Func_name, Gen_func)]

Основная функция многократного использования. Мы передаем ему список функций для генерации функций экземпляра.

-- construct an instance of class class_name for type for_type
-- funcs is a list of instance method names with a corresponding
-- function to build the method body
gen_instance :: Name -> TypeQ -> [Constructor] -> Funcs -> DecQ
gen_instance class_name for_type constructors funcs = 
  instanceD (cxt [])
    (appT (conT class_name) for_type)
    (map func_def funcs) 
      where func_def (func_name, gen_func) 
                = funD func_name -- method name
                  -- generate function body for each constructor
                  (map (gen_clause gen_func) constructors)

Вспомогательная функция выше.

-- Generate the pattern match and function body for a given method and
-- a given constructor. func_body is a function that generations the
-- function body
gen_clause :: (Constructor -> [ExpQ] -> ExpQ) -> Constructor -> ClauseQ
gen_clause func_body [email protected](con_name, components) = 
      -- create a parameter for each component of the constructor
   do vars <- mapM var components
      -- function (unnamed) that pattern matches the constructor 
      -- mapping each component to a value.
      (clause [(conP con_name (map varP vars))]
            (normalB (func_body data_con (map varE vars))) [])
       -- create a unique name for each component. 
       where var (_, typ) 
                 = newName 
                   $ case typ of 
                     (ConT name) -> toL $ nameBase name
                     otherwise   -> "parm"
               where toL (x:y) = (toLower x):y

unCapalize :: [Char] -> [Char]
unCapalize (x:y) = (toLower x):y

И некоторый заимствованный вспомогательный код, взятый из Syb III/replib 0.2.

typeInfo :: DecQ -> Q (Name, [Name], [(Name, Int)], [(Name, [(Maybe Name, Type)])])
typeInfo m =
     do d <- m
        case d of
           [email protected](DataD _ _ _ _ _) ->
            return $ (simpleName $ name d, paramsA d, consA d, termsA d)
           [email protected](NewtypeD _ _ _ _ _) ->
            return $ (simpleName $ name d, paramsA d, consA d, termsA d)
           _ -> error ("derive: not a data type declaration: " ++ show d)

     where
        consA (DataD _ _ _ cs _)    = map conA cs
        consA (NewtypeD _ _ _ c _)  = [ conA c ]

        {- This part no longer works on 7.6.3
        paramsA (DataD _ _ ps _ _) = ps
        paramsA (NewtypeD _ _ ps _ _) = ps
        -}

        -- Use this on more recent GHC rather than the above
        paramsA (DataD _ _ ps _ _) = map nameFromTyVar ps
        paramsA (NewtypeD _ _ ps _ _) = map nameFromTyVar ps

        nameFromTyVar (PlainTV a) = a
        nameFromTyVar (KindedTV a _) = a


        termsA (DataD _ _ _ cs _) = map termA cs
        termsA (NewtypeD _ _ _ c _) = [ termA c ]

        termA (NormalC c xs)        = (c, map (\x -> (Nothing, snd x)) xs)
        termA (RecC c xs)           = (c, map (\(n, _, t) -> (Just $ simpleName n, t)) xs)
        termA (InfixC t1 c t2)      = (c, [(Nothing, snd t1), (Nothing, snd t2)])

        conA (NormalC c xs)         = (simpleName c, length xs)
        conA (RecC c xs)            = (simpleName c, length xs)
        conA (InfixC _ c _)         = (simpleName c, 2)

        name (DataD _ n _ _ _)      = n
        name (NewtypeD _ n _ _ _)   = n
        name d                      = error $ show d

simpleName :: Name -> Name
simpleName nm =
   let s = nameBase nm
   in case dropWhile (/=':') s of
        []          -> mkName s
        _:[]        -> mkName s
        _:t         -> mkName t