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Haskell


ヨミ: ハスケル
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Haskellとは、純関数型プログラミングの一種である。


概要


Haskellという言名は論理学者Haskell B. Curryの名前が由来。純関数型言語の標準化を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で、型推論が利用できるため関数変数宣言を省略することがある程度は可である。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、標準入出を用いた処理など純な(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、リストを容易に扱うことができる。


実装と開発環境


HaskellのためのフリーコンパイラとしてはGHC(Glasgow Haskell Compiler[外部])がデファクトスタンダードで、Stack[外部]と一緒についてくる。他にはHugs[外部]などがある。これらのコンパイラEclipseからも利用することもできたが、現在プラグインEclipse FPと連携するパッケージ依存関係の変化に対応できず開発中止になっている。他の統合開発環境パッケージ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。

マイナー実装だが、Java仮想マシン向けにFrege[外部]Eta[外部]という実装が存在する。前者はJavaコードトランスパイルされ、後者Java仮想マシン用中間バイトコードコンパイルされる。両者ともJavaライブラリが利用可だが、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Monadius[外部]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を選んだ関数型言語である。

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[外部]より選択抜


モナド


先述のようにHaskellが属する純関数型言語というのは副作用を排除するを選んだ言である。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、にあいたIOモナドという小さなから行う。

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。これを可にするために常日頃から部屋を璧に整理整頓している彼女は、怠け者ではなく地な努なのである。だが引きこもりだ。


コード表記の例など



Hello worldの例


    main = putStrLn "Hello world!"

Haskellにおいて、文字列(String)は文字Char)のリストとして扱う。リストは列挙した要素群を'['と']'で囲み、各要素の間は','で区切る。
文字列"Hello world!" は文字リスト ['H', 'e', 'l', 'l', 'o', ' ', 'w', 'o', 'r', 'l', 'd', '!'] と同じもの。

右辺は「直前の状態から、"Hello world!"と画面に表示された状態を計算して作り出す関数」という「値」(Haskellは関数も数値と同じく参照透過な値)である。

Schemeにおけるリスト表現で、

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

と 

(1  2  3  4)

が同一のリストのを表わすように、

Haskellでは、

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

と 

[1, 2, 3, 4]

は同一のリストを表わす。 


Schemeのコード表記との比較例


 (記号「→」以降に式の評価結果を記す)

コードの説明 Haskell Scheme
リストの先頭要素取り出し

head  [1, 2, 3]
→ 1
(car  '(1 2 3))
→ 1
リストの先頭要素を除いた残り部分の取り出し

tail  [1, 2, 3]
→ [2, 3]
(cdr  '(1 2 3))
→ '(2 3)
リストに先頭要素を追加
1 : [2, 3]
→ [1,2,3]
(cons 1 '(2 3))
→ '(1 2 3)
リスト判定

null  []
True
(null?  '())
#t 
関数を使った演算
(\x  y  ->  x + y)  1  2
→ 3
((lambda  (x  y) (+ x  y)) 1  2)
→ 3

自然数nの階乗 n ! を求めるコードの例


繰り返し処理は、他言によくあるforループのようなものではなく再帰呼び出しや高階関数を使った手法で書くのがHaskellなど関数型言語の基本的な流儀。

-- 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、引数整数の値を一つ取る、返り値も整数の値
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める

同様の計算を再帰呼び出しを使わないで行うコードの例

-- 1からnまでの整数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

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下記の2冊は原書(英語)がwebで読めるらしい。
■az1593272839
■az4873114233

下記左上は上記左の翻訳書。ちなみに「すごいH本」といういかがわしい通り名がついているが、原題を見ればわかるように普通の本である。
■az4274068854
■az4774183903
■az4274067815
■az4873116899
■az427406896X
■az4274068056
■az4274050645
■az0201882957


関連コミュニティ


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関連項目



参考外部リンク



コラム: Hakellの闇に迫る


使わなかったものは理解不能と罵り、使用したものはすばらしいと絶賛する純関数型言語Haskell。Hakellユーザーからの肯定的な報告が相次ぐ中、あえてHaskellの闇に迫ってみようと思う。(全6回連載終了)


1. 名前空間は犠牲になったのだ…


Haskellでは状態変更を禁止することにより、他のモジュールからの変更を考慮しなくていいように設計されている。逆に言うとオブジェクト指向などで強調されるカプセル化をしなくても、外部からの変更による問題は発生しにくいようにできているといえる。


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最終更新日: 17/12/30 20:42
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