之前我们有说过 Haskell 是 Static Type,这表示在编译时期每个表达式的型别都已经确定下来,这提高了代码的安全性。若代码中有让布尔值与数字相除的动作,就不会通过编译。这样的好处就是与其让进程在运行时崩溃,不如在编译时就找出可能的错误。Haskell 中所有东西都有型别,因此在编译的时候编译器可以做到很多事情。
与 Java 和 Pascal 不同,Haskell 支持型别推导。写下一个数字,你就没必要另告诉 Haskell 说"它是个数字",它自己能推导出来。这样我们就不必在每个函数或表达式上都标明其型别了。在前面我们只简单涉及一下 Haskell 的型别方面的知识,但是理解这一型别系统对于 Haskell 的学习是至关重要的。
型别是每个表达式都有的某种标签,它标明了这一表达式所属的范畴。例如,表达式 True
是 boolean
型,"hello"
是个字串,等等。
可以使用 ghci 来检测表达式的型别。使用 :t
命令后跟任何可用的表达式,即可得到该表达式的型别,先试一下:
ghci> :t 'a'
'a' :: Char
ghci> :t True
True :: Bool
ghci> :t "HELLO!"
"HELLO!" :: [Char]
ghci> :t (True, 'a')
(True, 'a') :: (Bool, Char)
ghci> :t 4 == 5
4 == 5 :: Bool
可以看出,:t
命令处理一个表达式的输出结果为表达式后跟 ::
及其型别,::
读作"它的型别为"。凡是明确的型别,其首字母必为大写。'a'
, 如它的样子,是 Char
型别,易知是个字符 (character)。True
是 Bool
型别,也靠谱。不过这又是啥,检测 "hello"
得一个 [Char]
这方括号表示一个 List,所以我们可以将其读作"一组字符的 List"。而与 List 不同,每个 Tuple 都是独立的型别,于是 (True,'a')
的型别是 (Bool,Char)
,而 ('a','b','c')
的型别为 (Char,Char,Char)
。4==5
一定回传 False
,所以它的型别为 Bool。
同样,函数也有型别。编写函数时,给它一个明确的型别声明是个好习惯,比较短的函数就不用多此一举了。还记得前面那个过滤大写字母的 List Comprehension 吗?给它加上型别声明便是这个样子:
removeNonUppercase :: [Char] -> [Char]
removeNonUppercase st = [ c | c <- st, c `elem` ['A'..'Z']]
removeNonUppercase
的型别为 [Char]->[Char]
,从它的参数和回传值的型别上可以看出,它将一个字串映射为另一个字串。[Char]
与 String
是等价的,但使用 String
会更清晰:removeNonUppercase :: String -> String
。编译器会自动检测出它的型别,我们还是标明了它的型别声明。要是多个参数的函数该怎样?如下便是一个将三个整数相加的简单函数。
addThree :: Int -> Int -> Int -> Int
addThree x y z = x + y + z
参数之间由 ->
分隔,而与回传值之间并无特殊差异。回传值是最后一项,参数就是前三项。稍后,我们将讲解为何只用 ->
而不是 Int,Int,Int->Int
之类"更好看"的方式来分隔参数。
如果你打算给你编写的函数加上个型别声明却拿不准它的型别是啥,只要先不写型别声明,把函数体写出来,再使用 :t
命令测一下即可。函数也是表达式,所以 :t
对函数也是同样可用的。
如下是几个常见的型别:
Int 表示整数。7 可以是 Int,但 7.2 不可以。Int 是有界的,也就是说它由上限和下限。对 32 位的机器而言,上限一般是 2147483647
,下限是 -2147483648
。
Integer 表示...呃...也是整数,但它是无界的。这就意味着可以用它存放非常非常大的数,我是说非常大。它的效率不如 Int 高。
factorial :: Integer -> Integer
factorial n = product [1..n]
ghci> factorial 50
30414093201713378043612608166064768844377641568960512000000000000
Float 表示单精度的浮点数。
circumference :: Float -> Float
circumference r = 2 * pi * r
ghci> circumference 4.0
25.132742
Double 表示双精度的浮点数。
circumference' :: Double -> Double
circumference' r = 2 * pi * r
ghci> circumference' 4.0
25.132741228718345
Bool 表示布尔值,它只有两种值:True
和 False
。
Char 表示一个字符。一个字符由单引号括起,一组字符的 List 即为字串。
Tuple 的型别取决于它的长度及其中项的型别。注意,空 Tuple 同样也是个型别,它只有一种值:()
。
你觉得 head
函数的型别是啥?它可以取任意型别的 List 的首项,是怎么做到的呢?我们查一下!
ghci> :t head
head :: [a] -> a
嗯! a
是啥?型别吗?想想我们在前面说过,凡是型别其首字母必大写,所以它不会是个型别。它是个型别变量,意味着 a 可以是任意的型别。这一点与其他语言中的泛型 (generic) 很相似,但在 Haskell 中要更为强大。它可以让我们轻而易举地写出型别无关的函数。使用到型别变量的函数被称作"多态函数 ",head
函数的型别声明里标明了它可以取任意型别的 List 并回传其中的第一个元素。
在命名上,型别变量使用多个字符是合法的,不过约定俗成,通常都是使用单个字符,如 a
, b
,c
,d
...
还记得 fst
?我们查一下它的型别:
ghci> :t fst
fst :: (a, b) -> a
可以看到fst
取一个包含两个型别的 Tuple 作参数,并以第一个项的型别作为回传值。这便是 fst
可以处理一个含有两种型别项的 pair 的原因。注意,a
和 b
是不同的型别变量,但它们不一定非得是不同的型别,它只是标明了首项的型别与回传值的型别相同。
型别定义行为的接口,如果一个型别属于某 Typeclass,那它必实现了该 Typeclass 所描述的行为。很多从 OOP 走过来的人们往往会把 Typeclass 当成面向对象语言中的 class
而感到疑惑,呃,它们不是一回事。易于理解起见,你可以把它看做是 Java 的 interface。
==
函数的型别声明是怎样的?
ghci> :t (==)
(==) :: (Eq a) => a -> a -> Bool
*Note*: 判断相等的==运算子是函数,``+-*/``之类的运算子也是同样。在缺省条件下,它们多为中缀函数。若要检查它的型别,就必须得用括号括起使之作为另一个函数,或者说以首码函数的形式调用它。
有意思。在这里我们见到个新东西:=>
符号。它左边的部分叫做型别约束。我们可以这样阅读这段型别声明:"相等函数取两个相同型别的值作为参数并回传一个布尔值,而这两个参数的型别同在 Eq 类之中(即型别约束)"
Eq 这一 Typeclass 提供了判断相等性的接口,凡是可比较相等性的型别必属于 Eq
class。
ghci> 5 == 5
True
ghci> 5 /= 5
False
ghci> 'a' == 'a'
True
ghci> "Ho Ho" == "Ho Ho"
True
ghci> 3.432 == 3.432
True
elem
函数的型别为: (Eq a)=>a->[a]->Bool
。这是它在检测值是否存在于一个 List 时使用到了==的缘故。
几个基本的 Typeclass:
Eq 包含可判断相等性的型别。提供实现的函数是 ==
和 /=
。所以,只要一个函数有Eq类的型别限制,那么它就必定在定义中用到了 ==
和 /=
。刚才说了,除函数以外的所有型别都属于 Eq
,所以它们都可以判断相等性。
Ord 包含可比较大小的型别。除了函数以外,我们目前所谈到的所有型别都属于 Ord
类。Ord
包中包含了<, >, <=, >=
之类用于比较大小的函数。compare
函数取两个 Ord
类中的相同型别的值作参数,回传比较的结果。这个结果是如下三种型别之一:GT, LT, EQ
。
ghci> :t (>)
(>) :: (Ord a) => a -> a -> Bool
型别若要成为Ord的成员,必先加入Eq家族。
ghci> "Abrakadabra" < "Zebra"
True
ghci> "Abrakadabra" `compare` "Zebra"
LT
ghci> 5 >= 2
True
ghci> 5 `compare` 3
GT
Show 的成员为可用字串表示的型别。目前为止,除函数以外的所有型别都是 Show
的成员。操作 Show Typeclass,最常用的函数表示 show
。它可以取任一Show的成员型别并将其转为字串。
ghci> show 3
"3"
ghci> show 5.334
"5.334"
ghci> show True
"True"
Read 是与 Show
相反的 Typeclass。read
函数可以将一个字串转为 Read
的某成员型别。
ghci> read "True" || False
True
ghci> read "8.2" + 3.8
12.0
ghci> read "5" - 2
3
ghci> read "[1,2,3,4]" ++ [3]
[1,2,3,4,3]
一切良好,如上的所有型别都属于这一 Typeclass。尝试 read "4"
又会怎样?
ghci> read "4"
< interactive >:1:0:
Ambiguous type variable `a' in the constraint:
`Read a' arising from a use of `read' at <interactive>:1:0-7
Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)
ghci 跟我们说它搞不清楚我们想要的是什么样的回传值。注意调用 read
后跟的那部分,ghci 通过它来辨认其型别。若要一个 boolean
值,他就知道必须得回传一个 Bool
型别的值。但在这里它只知道我们要的型别属于 Read Typeclass,而不能明确到底是哪个。看一下 read
函数的型别声明吧:
ghci> :t read
read :: (Read a) => String -> a
看,它的回传值属于 ReadTypeclass,但我们若用不到这个值,它就永远都不会得知该表达式的型别。所以我们需要在一个表达式后跟::
的_型别注释_,以明确其型别。如下:
ghci> read "5" :: Int
5
ghci> read "5" :: Float
5.0
ghci> (read "5" :: Float) * 4
20.0
ghci> read "[1,2,3,4]" :: [Int]
[1,2,3,4]
ghci> read "(3, 'a')" :: (Int, Char)
(3, 'a')
编译器可以辨认出大部分表达式的型别,但遇到 read "5"
的时候它就搞不清楚究竟该是 Int 还是 Float 了。只有经过运算,Haskell 才会明确其型别;同时由于 Haskell 是静态的,它还必须得在 编译前搞清楚所有值的型别。所以我们就最好提前给它打声招呼:"嘿,这个表达式应该是这个型别,省得你认不出来!"
Enum 的成员都是连续的型别 -- 也就是可枚举。Enum
类存在的主要好处就在于我们可以在 Range
中用到它的成员型别:每个值都有后继子 (successer) 和前置子 (predecesor),分别可以通过 succ
函数和 pred
函数得到。该 Typeclass 包含的型别有:()
, Bool
, Char
, Ordering
, Int
, Integer
, Float
和 Double
。
ghci> ['a'..'e']
"abcde"
ghci> [LT .. GT]
[LT,EQ,GT]
ghci> [3 .. 5]
[3,4,5]
ghci> succ 'B'
'C'
Bounded 的成员都有一个上限和下限。
ghci> minBound :: Int
-2147483648
ghci> maxBound :: Char
'\1114111'
ghci> maxBound :: Bool
True
ghci> minBound :: Bool
False
minBound
和 maxBound
函数很有趣,它们的型别都是 (Bounded a) => a
。可以说,它们都是多态常量。
如果其中的项都属于 Bounded
Typeclass,那么该 Tuple 也属于 Bounded
ghci> maxBound :: (Bool, Int, Char)
(True,2147483647,'\1114111')
Num 是表示数字的 Typeclass,它的成员型别都具有数字的特征。检查一个数字的型别:
ghci> :t 20
20 :: (Num t) => t
看样子所有的数字都是多态常量,它可以作为所有 Num
Typeclass中的成员型别。以上便是 Num
Typeclass 中包含的所有型别,检测 *
运算子的型别,可以发现它可以处理一切的数字:
ghci> :t (*)
(*) :: (Num a) => a -> a -> a
它只取两个相同型别的参数。所以 (5 :: Int) * (6 :: Integer)
会引发一个型别错误,而 5 * (6 :: Integer)
就不会有问题。
型别只有亲近 Show
和 Eq
,才可以加入 Num
。
Integral 同样是表示数字的 Typeclass。Num
包含所有的数字:实数和整数。而 Integral 仅包含整数,其中的成员型别有 Int
和 Integer
。
Floating 仅包含浮点型别:Float
和 Double
。
有个函数在处理数字时会非常有用,它便是 fromIntegral。其型别声明为: fromIntegral :: (Num b, Integral a) => a -> b
。从中可以看出,它取一个整数做参数并回传一个更加通用的数字,这在同时处理整数和浮点时会尤为有用。举例来说,length
函数的型别声明为:length :: [a] -> Int
,而非更通用的形式,如 length :: (Num b) => [a] -> b
。这应该是历史原因吧,反正我觉得挺蠢。如果取了一个 List 长度的值再给它加 3.2 就会报错,因为这是将浮点数和整数相加。面对这种情况,我们就用 fromIntegral (length [1,2,3,4]) + 3.2
来解决。
注意到,fromIntegral
的型别声明中用到了多个型别约束。如你所见,只要将多个型别约束放到括号里用逗号隔开即可。