Haskell単語

• 概要
• 純粋関数型言語
• モナド
• 擬人化するなら
• コード表記の例など
• 関連項目
• 参考外部リンク
• 掲示板

Haskellとは、純粋関数型プログラミング言語の一種である。

概要

Haskellという言語名は論理学者Haskell B. Curryの名前が由来。純粋関数型言語の標準化を目的として制定されたといわれている。

静的型付けコンパイラ型言語で、型推論機能が利用できるため関数や変数の型宣言を省略することがある程度は可能である。プログラムの記述は、「等式の左辺は右辺の式へと変換できる」という関係性の定義を列挙していく形になる。

型付け以上に特筆すべきなのは純粋関数型言語ということである。Haskellにおける「関数」とは、数学における「関数」と同じく、引数の値が関数の返り値と一意に対応し不変であるものに限定される。関数が内部状態を持つことは許可されない。変数の初期値は再代入によって変更することはできない。このような制約を持つため、プログラムの各部分の実行順序を任意に選ぶことができ、今後並列演算への応用も期待できる。

Haskellにおいて、標準入出力を用いた処理など純粋な（数学における）関数表現では実現できない処理は「アクション」と呼ばれ「関数」とは区別しているが、両者を同一プログラム内で矛盾を起こさないように共存させる仕組みが提供されている。

変数・関数のスコープは、中括弧などコードブロックを囲むような記号は使わず、Pythonなどのようにソースコードのインデントの深さで表現される。

遅延評価を採用しており、無限リストを容易に扱うことができる。

実装と開発環境

HaskellのためのフリーのコンパイラとしてはGHC(Glasgow Haskell Compiler)がデファクトスタンダードで、Stackと一緒についてくる。他にはHugsなどがある。これらのコンパイラはEclipseからも利用することもできたが、現在はプラグインのEclipse FPと連携するパッケージが依存関係の変化に対応できず開発中止になっている。他の統合開発環境もパッケージの依存関係を解決できなくてインストールもままならないことが多く、フリーの開発環境はもっぱらテキストエディタが中心になる。

超マイナーな実装だが、Java仮想マシン向けにFregeとEtaという実装が存在する。前者はJavaのコードにトランスパイルされ、後者はJava仮想マシン用中間バイトコードにコンパイルされる。両者ともJavaのライブラリが利用可能だが、Javaから持ち込まれたクラスの扱い方は異なっている。

用途

間違いが発生しにくいとか、数学と相性が良いなどの理由からか、数字の計算に終始する金融投資関係での利用が多いといわれている。

参照透過性とGUIとは相性が悪いのでゲーム開発には適さないと考えられているが、Haskellで書かれた日本で有名なゲームにMonadiusというのがあり、開発が不可能ということはない。（GUIの処理ははOpenGLを利用したライブラリGLUTによるもの）

純粋関数型言語

Haskellは関数型言語の中でも、関数や再代入による状態変更を副作用として排除する道を選んだ純粋関数型言語である。

プログラミングスタイルとしては、その特性を活かして実行順序に関係なく、関係性の定義を宣言的に記述していくことで自動的に結果が導き出される宣言型プログラミングが推奨されている。従来のプログラミング言語とは全く違うその発想に、いわゆる命令型プログラミングに親しんできた人が接すると、拒絶反応を起こすか熱心な信奉者になるかに二極化するらしい。

「プログラミング言語が車だったら」のHaskellの項より選択抜粋

• 宇宙人の作った車と噂され、完全自動化を売りにしている。
• Haskellの運転席にはハンドルもペダルも無く、代わりに運転装置と一体化したカーナビが取り付けられている。ドライバーは実際の運転操作をする必要がなく、このカーナビに目的地の定義を入力すれば、目的地までの運転が自動的になされる。
• 従来の自動運転システムでは、道路状況を判断できず公道を走ることは無理であったが、Haskellはこれを奇想天外な方法で解決した。Haskellには目的地として「青信号のときのみ進行し、飛び出す子供に注意しながら、ブロック塀にかすることなく入った我が家の車庫」が指定できるのである。
• 結局Haskellを試乗した多くのドライバーは「目的地の定義を考えるより自分で運転した方が手っ取り早い」と不満をもらすそうな。

モナド

先述のようにHaskellが属する純粋関数型言語というのは副作用を排除する道を選んだ言語である。副作用とは再代入のように状態を変更することである。それくらいならたいした問題ではないのだが、たとえば「画面に文字を表示する」という通常のプログラミング言語ではごく基本的なことに分類されることでも、Haskellでは画面の「状態の変更」であるとみなされる。

従って、純粋関数型言語であるためにはひたすら計算のみを行い結果の画面表示すら行わないという滑稽な状態にならざるをえない。もちろん、こんなことでは使い物にならないのでHaskellはモナドという仕組みを利用している。IOモナドというものがあり、副作用をIOモナドの処理に分離することにより、IOモナドの内部で純粋関数型言語であり続けるのである。

モナドはHaskellにとって副作用を起こすために必要なものではあったが、副作用を起こす以外にも様々な用途のモナドがあり、いわゆるぬるぽの対処をするMaybeモナドが代表的。さらにはListまでもがモナドとして提供されている。

擬人化するなら

Haskellを擬人化するなら、以下のような感じだろうか。

すべての家具が造り付けで固定された部屋の中に引きこもる潔癖症の数学少女。部屋から出ないので近眼のメガネ属性。外部とのやりとりは、壁にあいたIOモナドという小さな窓から行う。

期限が来てからでないと仕事を始めない彼女のことを怠け者と評する人もいるが、その評価は正格ではない。すべてのものが固定された彼女の部屋には予めすべてのものがあるべき場所に「ある」のだから、必要になったときに手を伸ばせば事足りるのだ。これを可能にするために常日頃から部屋を完璧に整理整頓している彼女は、怠け者ではなく地道な努力家なのである。だが引きこもりだ。

コード表記の例など

    main = putStrLn "Hello world!"

(1 . (2 . (3 .(4 . ()))))

(1  2  3  4)

1 : (2 : (3 : (4 : [])))　　　　※丸括弧を省略して、 1 : 2 : 3 : 4 : []　と書いてもよい

[1, 2, 3, 4]

head  [1, 2, 3]

→ 1

(car  '(1 2 3))

→ 1

tail  [1, 2, 3]

→ [2, 3]

(cdr  '(1 2 3))

→ '(2 3)

1 : [2, 3]

→ [1,2,3]

(cons 1 '(2 3))

→ '(1 2 3)

null  []

→ True

(null?  '())

→ #t 

(\x  y  ->  x + y)  1  2

→ 3

((lambda  (x  y) (+ x  y)) 1  2)

→ 3

-- 同名の関数定義を複数用意して、引数によるパターンマッチングを利用する例

factorial :: Int -> Int　　 -- 関数名はfactorialとし、引数は整数型の値を一つ取る、返り値も整数型の値
factorial 0 = 1                       -- 引数が0の場合、返り値は1とする
factorial n = n * factorial (n - 1)   -- 引数が0以外の場合は再帰呼び出しを使って返り値を求める

-- 条件式if使った例

factorial :: Int -> Int　　 
factorial n =
        if n == 0              -- Haskell2010の規定により then/else節のインデントは揃えなくてもよい

　　　　　　　　then 1                 　　　-- 引数nが0の場合、返り値は1とする
        　　　　else n * factorial (n - 1)     -- それ以外の場合は再帰呼び出しを使って返り値を求める

-- ガード節を使った例

factorial :: Int -> Int
factorial n
        | n == 0     = 1                          -- 引数nが0の場合、返り値は1とする
        | otherwise = n * factorial (n - 1)     -- それ以外の場合は再帰呼び出しを使って返り値を求める

-- case構文のパターンマッチングを使った例

factorial :: Int -> Int
factorial n = case n of 

                   0 -> 1                          -- 引数nが0の場合、返り値は1とする
                   _ -> n * factorial (n - 1)   -- それ以外の場合は再帰呼び出しを使って返り値を求める

-- 1からnまでの整数のリストを生成してその要素をすべてかけ算する例

-- 高階関数 foldl は、第2引数「1」と第3引数の整数リストの全要素を使って第1引数の「*」関数を適用
factorial :: Int -> Int
factorial n = foldl (*) 1 [1..n]   -- 具体的には、1 * (1 * 2 * 3  ....* n) の演算が行われる

関連項目

• プログラミング
• 関数
• 型推論
• 再帰
• 高階関数
• カリー化
• クロージャ
• モナド
• ラムダ計算
• 継続
• 圏 / 圏論
• 副作用
• 関数型言語
• 関数型プログラミング
• 宣言型プログラミング
• プログラミング言語
• プログラミング関連用語の一覧

参考外部リンク

• Haskell Language: 本家サイト
• Hoogle: 関数や演算子(googleでは記号は検索できない)の検索が可能。
• Hackage: 公式ともいえるパッケージリポジトリだが、原則として誰でも登録できるため品質の保証はない。
• Stackage: 依存関係を解決したパッケージの組み合わせを公開している。

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