Haskell超入門 Part.1

 Nabe
 Twitter: @nabe256

 Haskell は高階関数や静的多相型付け、定義可
能な演算子、例外処理といった多くの言語で採
用されている現代的な機能に加え、パターン
マッチングやカリー化、リスト内包表記、ガー
ドといった多くの特徴的な機能を持っている。
また、遅延評価や再帰的な関数や代数的データ
型もサポートしているほか、独自の概念として
圏論のアイデアを利用し参照透過性を壊すこと
なく副作用のある操作（例えば代入、入出力、
配列など）を実現するモナドを含む。
(by Wikipedia)

 一言で言うと

関数型言語
です。

 ちょっとだけ詳しく言うと

純粋関数型
プログラミング言語
です。

 手続き型言語
› 記述された命令を逐次実行していく。
› 一般的に用いられる言語。
 関数型言語
› すべての計算は関数の評価で行われる。
› 変数が無く、定数しか無い。
› 手続き型でのループは再帰で実現する他、
様々な機能が別の形で実現されている。

 その他の種類について興味のある方は
「プログラミングパラダイム」という
キーワードで調べると良いでしょう。

 基本的に副作用が無いため、
原因不明のバグが出ることが少ない。
 どういう物が必要かを記述していけば
書けてしまうので、短時間での開発が可能。

 クイックソートの例
qsort [] = []
qsort (x:xs) = qsort smaller ++ [x] ++ qsort larger
where
smaller = [a | a <- xs, a <= x]
larger = [b | b <- xs, b > x]

 非常に簡潔に記述出来る。

 代表的なもの
› 再帰関数(自分自身を呼び出す関数)
› λ式(ラムダ式、無名関数)
› 無限リスト(長さが無限のデータ)
› 遅延評価 (必要な時まで式を評価しない)
› 高階関数(関数の引数または返り値が関数)
› 純粋 (基本的に副作用が無い)
› モナド(副作用を扱う仕組み)
 他多数！

 Haskellが使用されているプロジェクト
› Pugs
HaskellによるPerl6の実装
› darcs
分散バージョン管理システム
› Whitespace
タブ・空白・改行のみで記述する言語
› Monadius
グラディウス風のゲーム
› Mighttpd (発音：Mighty)
HTTPサーバ

 基本的な文法をいくつか覚える。
簡単なプログラムを書けるように
なれれば素敵。

 GHC (Glasgow Haskell Compiler)
Haskellにおける事実上の標準コンパイラ。
実行が高速で、ライブラリ多数。
 Hugs
軽量なコンパイラ、基礎を学ぶには十分。
導入も簡単だが開発は停止している模様。
 Haskell Platform
Haskell処理系のGHCに加えて
各種ツールやライブラリが揃っている。

 UNIXであれば
GHCか、可能であればHaskell Platformを。
 Windowsであれば
Haskell Platformが最適。

 高度な事をするのであれば、
UNIXならGCC
WindowsならMinGW
などが必要。

 今回はGHCに付属する
› コンパイラのGHC
› インタプリタのGHCI
を使用します。
 環境がある方は挑戦してみましょう。

 まずはインタプリタから
実行してみます。

 Win/UNIXならghci、MinGWならghcii.shを起動します。
 $ ghci
GHCi, version 7.0.3: http://www.haskell.org/ghc/ :? for help
Loading package ghc-prim ... linking ... done.
Loading package integer-gmp ... linking ... done.
Loading package base ... linking ... done.
Loading package ffi-1.0 ... linking ... done.
Prelude>
 Prelude(標準ライブラリ)が出てくれば準備完了です。
 :quit または :q で終了します。
Prelude> :q
Leaving GHCi.
$

 いくつか試してみましょう
> 256
256
> 1+2*3
7
> 7/2
3.5
> 2^256

 結合順位もしっかりあります
> 8/4/2
1.0
> 2^3^2
512
> (2^3)^2
64

 :typeで型が見られます。(:t と略せる)
> :type 256
256 :: Num a => a
> :t 1+2
1+2 :: Num a => a
> :t 3.5
3.5 :: Fractional a => a
> :t 7/2

 関数は :info で見ると色々情報が出ます。
(:i と略せる)
> :info (+)
class (Eq a, Show a) => Num a where
(+) :: a -> a -> a
...
-- Defined in GHC.Num
infixl 6 +

 Haskellでは型が非常に重要な要素です。
 型が分かればHaskellを理解する
良い手がかりになります。
 型の詳細は後ほど。

 文字関係です。
> „a‟
„a‟
> “Hello”
Hello

 リストを使ってみます。
> [1,2,3]
[1,2,3]
> head [1,2,3]
1
> tail [1,2,3]
[2,3]

 リストは色々な操作が可能です。
> [1,2,3,4,5] !! 2
3
> take 3 [1,2,3,4,5]
[1,2,3]
> drop 3 [1,2,3,4,5]
[4,5]
> reverse [1,2,3,4,5]
[5,4,3,2,1]

 長さも変更可能です。
> length [1,2,3,4,5]
5
> length (tail [1,2,3,4,5])
4
> [1,2,3] ++ [4,5]
[1,2,3,4,5]

 : 演算子(cons)
> 1:2
[1,2]
> 1:[2,3]
[1,2,3]

 同じ型式でないといけません。
以下はエラーが発生します。
> [1,„a‟]
> [1,“Hello”]

 ちなみに、文字と文字列の関係
> [„a‟,„b‟,„c‟]
“abc”

 文字列は文字のリスト、ということです。

 タプルを使ってみます。
> (1,2)
(1,2)
> (1,2,3)
(1,2,3)

 長さを変えられない代わりに、
違う型でも使えます。
> (1,‟a‟)
(1,‟a‟)
> (1,”Hello”)
(1,”Hello”)
> (1,'a',"hello",[1,2,3])
(1,'a',"hello",[1,2,3])

 タプルを使った関数。
> fst (1,”hello”)
1
> snd (1,”hello”)
”hello”

Prelude> putStrLn “Hello, World!”
Hello, World!

 Hello, World! と出力してくれる
おなじみのサンプルです。

putStrLn “Hello, World!”

 関数を適用する場合は
空白文字を使います。

Prelude> take 3 [1,2,3,4,5]
[1,2,3]

 2引数の関数です。
リストから指定した数の要素を
取り出します。
 2つ以上の引数に対して関数適用する場合も
空白文字を使います。

Prelude> take 3 (tail [1,2,3,4,5])
[2,3,4]

 引数に関数を渡す場合は括弧を使います。

 関数を定義して実行してみましょう。

$ ghci
Prelude> let main = putStrLn “Hello, World!”

 等式の左辺が関数名、
右辺は関数の内容になります。
 let 関数名＝関数の内容
という形式です。

 先ほど定義したmainを使用してみます。
Prelude> main
Hello, World!
 実行出来ました。

 先ほどはインタプリタで実行しました。
 ならば今度は
コンパイルして実行してみましょう。

 以下の行をhello.hsというファイルに
保存します。

main = putStrLn “Hello, World!”

 関数名＝関数の内容という形式です。
先程と同様に等式の左辺が関数名、
右辺は関数の内容になります。
 こちらが一般的な書き方です。
先ほどのletはインタプリタ用と考えてください。

 hello.hsをコマンドラインから
コンパイルして実行してみます。

$ ghc --make hello.hs
$ ./hello
Hello, World!
$

 実行できました。

 実際にHaskellを扱うに当たって
コードを記述して実行する方法は
いくつかあります。
 先程の例
› インタプリタ上で記述して実行
› ソースをコンパイルして実行

 実際にHaskellを扱うに当たって
コードを記述して実行する方法は
いくつかあります。
 その他
› ソースをインタプリタに渡して実行
› ソースをインタプリタから読み込んで実行

 ソースをインタプリタに渡して実行
$ ghci hello.hs
Ok, modules loaded: Main.
Prelude Main> main
Hello, World!
Prelude Main> :q
$

 ソースをインタプリタから読み込んで実行
$ ghci
Prelude> :load hello.hs
Ok, modules loaded: Main.
Prelude Main> main
Hello, World!
Prelude Main> :q
$

 コンパイルして実行する場合
› 高速に実行できる
› 実行するにはmainを定義する必要がある
 インタプリタで実行する場合
› 便利な機能が沢山あるので
学習する時に非常に便利
› mainを定義しなくても良い

 :reloadで再読み込みが出来る

 先程のhello.hsを読み込む。

> :load hello.hs
> main
Hello, World!

 GHCIを起動したまま、
別ウィンドウでhello.hsを編集する。
$ cat hello.hs
main = putStrLn “Hello, World!”
$ #編集
$ cat hello.hs
main = putStrLn “Hello, Haskell!”

 GHCIのウィンドウに戻り、
再読み込み。
> :load hello.hs
> main
Hello, World!
> :reload

 GHCIのウィンドウに戻り、
再読み込み。そして実行。
> :load hello.hs
> main
Hello, World!
> :reload
> main
Hello, Haskell!

 インタプリタならではのやり方でした。

 あとは :type や :info など。
調べるのに便利な機能が色々あります。

 Haskellは型が重要。
 型さえ覚えれば
第一の突破口クリア。

 1引数の関数を見てみる
headを見てみる
> head [1,2,3]
1
> :t head
head :: [a] -> a

head :: [a] -> a
これ以降は型を表す

head :: [a] -> a
a型
任意の型

head :: [a] -> a
[a]型
任意のリスト型

head :: [a] -> a
[a] -> a型
[a]型からa型へと変換する型

head :: [a] -> a
[a] -> a型
[a]型からa型へと変換する関数

head :: [a] -> a
[a] -> a型
任意のリスト型から任意の型へと
変換する関数

a型を具体的な型に置き換えるため、
先程の例

> head [1,2,3]
1

を当てはめてみる。

head :: [Num] -> Num
[Num] -> Num型
数値のリスト型から数値型へと
変換する関数

headは[Num] -> Num型
変換する関数

headは[Num] -> Num型
変換する関数

本当にそうなのか確認。

> head [1,2,3]
数値のリスト型
1
数値型

> head [1,2,3]
1
数値型

数値のリスト型から
数値型へと正しく変換されている。

 1引数の関数を見てみる(2)
sumを見てみる
> sum [1,2,3,4,5]
15
> :t sum
sum :: Num a => [a] -> a

 型の読み方
sum :: Num a => [a] -> a

 型の読み方
sum :: Num a => [a] -> a
関数名

 型の読み方
sum :: Num a => [a] -> a
sum関数の型

 型の読み方
sum :: Num a => [a] -> a
[a]型をa型に変換する関数

 型の読み方
sum :: Num a => [a] -> a
aを数値型とするクラス

 型の読み方
sum :: Num a => [a] -> a
数値のリスト型を
数値型に変換する関数

 型の読み方
sum :: Num a => [a] -> a
数値のリスト型を
数値型に変換する関数
本当にそうなのか確認

> sum [1,2,3,4,5]
15
数値型

数値のリスト型から数値型へ
正しく変換されている

 2引数の関数を見てみる(1)
takeを見てみる
> take 3 [1,2,3,4,5]
[1,2,3]
> :t take
take :: Int -> [a] -> [a]

take :: Int -> [a] -> [a]
関数名

take :: Int -> [a] -> [a]
型

take :: Int -> ([a] -> [a])
右結合なので
このように解釈する

take :: Int -> ([a] -> [a])
[a]型を受け取り
[a]型を返す関数

take :: Int -> ([a] -> [a])
関数A

take :: Int -> ([a] -> [a])
Int型を受け取り
関数Aを返す関数

take :: Int -> ([a] -> [a])
関数A
を返す関数

take :: Int -> ([a] -> [a])
([a]型を受け取り
[a]型を返す関数)
を返す関数

take :: Int -> [a] -> [a]
を返す関数

take :: Int -> [a] -> [a]
を返す関数
言い換えると

take :: Int -> [a] -> [a]
Int型と[a]型を受け取り
という事です

 非常に分かりづらいので
順を追って解読してみる。

 takeにInt型の値(2)を渡してみる
take :: Int -> [a] -> [a]
を返す関数

(take 2) :: Int -> [a] -> [a]
を返す関数

(take 2) :: [a] -> [a]

 (take 2)に[a]型の値([4,5,6])を渡してみる
(take 2) :: [a] -> [a]

(take 2 [4,5,6]) :: [a] -> [a]

(take 2 [4,5,6]) :: [a]

(take 2 [4,5,6]) = [4,5]

(take 2 [4,5,6]) = [4,5]
[4,5]を返す関数

(take 2 [4,5,6]) = [4,5]
結果 = [4,5]
本当にそうなのか確認

> take 2 [4,5,6]
Int型
[4,5]

> take 2 [4,5,6]
Int型 [a]型
[4,5]

> take 2 [4,5,6]
Int型 [a]型
[4,5]
[a]型

> take 2 [4,5,6]
Int型 [a]型
[4,5]
[a]型

どうやら本当になったようです。

 実際にGHCIでも確認してみましょう。

> :t take
take :: Int -> [a] -> [a]

> :t take 2
take 2 :: [a] -> [a]

> :t take 2 [4,5,6]
take 2 [4,5,6] :: Num a => [a]

> take 2 [4,5,6]
[4,5]

 確かにそのように動作していました。

 少々かみ砕きすぎたでしょうか。
余計難しくなったかも知れません。
 一言で説明しても順を追って説明しても
難解な概念ですが、何度かソースを書いて
試して見ると、急にすっと分かるように
なります。

 型を意識して作る必要があります。
 型を考えるという事は
入力の形と出力の形を考える事、
そして関数の入出力と処理内容を
切り分ける事へと繋がります。
 型の概念は難しい部分がありますが、
型が分かるようになると
難しい事を考えなくても
プログラムが書けるようになります。

 全体的に駆け足で説明する事に
なってしまいました。
 Haskellが分かるようになると
いつの間にか面白いと思うようになります。
 ありがとうございました。

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