Haskell

1. Haskell

2. Grupo: • Alunos: Bruno Triani Ricardo Adão Aloisio Cardozo

3. Introdução Nomeada em homenagem ao lógico Haskell Brooks Curry, como uma base para linguagens funcionais. É baseada no lambda calculus. Haskell é funcional (isto é, tudo é feito com chamadas de funções), estática, implicitamente tipada (os tipos são checados pelo compilador, porém não é necessário declará-los), preguiçosa (nada é feito até que se precise). Haskell B. Curry (1900 - 1982)

4. História do Haskell O conceito de avaliação preguiçosa já estava difundido no meio acadêmico desde o final da década de 1970. Esforços nessa área incluíam técnicas de redução de grafo e a possibilidade de uma mudança radical na arquitetura de von Neumann. Conferência Functional Programming Languages and Computer Architecture (FPCA '87) - setembro de 1987 criação de um comitê com o objetivo de construir um padrão aberto para tais linguagens.

5. História do Haskell A primeira reunião do comitê - janeiro de 1988, metas da linguagem: linguagem e fácil ensino, completamente descrita através de uma sintaxe e semântica formal disponível livremente. Primeira versão 1 de abril de 1990; versão 1.1 agosto de 1991, a versão 1.2 em março de 1992, versão 1.3 maio de 1996 versão 1.4 em abril de 1997. Haskell 98, janeiro de 1999 - versão mínima, estável e portável da linguagem e o biblioteca para ensino. Esse padrão sofreu uma revisão em janeiro de 2003.

6. História do Haskell A linguagem continua evoluindo, sendo as implementações Hugs e GHC consideradas os padrões. A partir de 2006 começou o processo de definição de um sucessor do padrão 98, conhecido informalmente por Haskell′ ("Haskell Prime").

7. O que é programação funcional? C, Java, Pascal, Ada, e assim por diante, são linguagens imperativas. São "imperativas" no sentido em que consistem em uma seqüencia de comandos, que são executados estritamente um após o outro. Haskell é uma linguagem funcional. Uma linguagem funcional é uma única expressão, que é executada avaliando essa expressão. Qualquer um que já usou uma planilha eletrônica, tem experiência em programação funcional. Em uma planilha, especificamos o valor de cada célula, em função dos valores de outras células. O foco está em "o quê" deve ser computado, e não "como" deve ser computado. Por exemplo: -nós não especificamos a ordem em que as planilhas devem ser computadas, ao invés disso, nós temos garantia que a planilha será calculada em uma ordem que respeite suas dependências.

8. -nós não dizemos à planilha como alocar sua memória - melhor, esperamos apresentar-nos com um plano aparentemente infinito de células, e alocar na memória somente as células que estão realmente em uso. -na maioria das vezes, avaliamos o valor das células por uma "expressão" (cujas partes podem ser avaliadas em qualquer ordem), melhor que por uma "seqüência de comandos" que compute seu valor. O cálculo lambda é uma coleção de diversos sistemas formais baseados em uma notação para funções inventada por Alonzo Church em 1936  com o intuito de capturar os aspectos mais básicos da maneira pela qual operadores ou funções podem ser combinados para formar outros operadores. O cálculo lambda serve como uma ponte entre linguagens funcionais de alto nível e suas implementavéis de baixo nível. Raízes para a apresentação do cálculo lambda como uma linguagem intermediária: uma linguagem extremamente simples, consistindo de somente algumas poucas construções sintáticas e de uma semântica simples.

9. Uma implementação do cálculo lambda necessita somente suportar algumas construções simples. A sua semântica simples nos permite analisar facilmente a correção de sua implementação. Trata-se de uma linguagem expressiva, a qual é suficientemente poderosa para expressar todos os programas funcionais e, por conseguinte, todas as funções computáveis. Isto significa que, se uma boa implementação do cálculo lambda é disponível, pode-se implementar qualquer linguagem funcional através da implementação de um compilador desta para o cálculo lambda.

10. Estilo Imperativo Estilo Funcional Estilo Imperativo Estilo Funcional X programa: é uma funçao composta por funções mais simples base: expressões, funções execução: baseada em recursividade nomes identificam valores permanentes (const), transparência referencial estado: explícito, modificado por funções componentes de primeira classe: funções programa: sequência de comandos que transformam variáveis base: variáveis, comandos, procedures execução: conceito de sequência variáveis: mudanças de estado, alteração por atribuição estado: implícito, modificado por atribuições componentes de primeira classe: variáveis

11. Metalinguagem de Haskell: Em haskell, a metalinguagem é encontrada no uso de comentários. Alguns tokens léxicos encontrados são apresentados a seguir: • Comentários: Comentário de bloco: é feito pelos delimitadores {- e -}. Comentário de linha: o início do comentário é definido pelos sinais menos duplo (--). • Definição de condicionais: Determinamos condicionais para determinar qual o fluxo de execução atende melhor as nossas necessidades. Nesse caso, o escopo é definido pelo uso de delimitadores como o then: if<condicao> then <comando> else<comando2> | <condicao1>=<comando1>| <condicao2>=<comando2>

12. Entrando no mundo do Haskell Passo 1: Baixar e Instalar o compilador - GHC Compilador e interpretador (GHCi). (http://www. haskell.org/ghc/) - Hugs Unicamente interpretador. Portátil e mais leve do que o GHC. (http://www.haskell.org/hugs/)

13. Passo 2 : Iniciar 1. Abra um terminal 2. - Se você instalou o GHC, digite ghci(o nome do executável do interpretador GHC) no promt de comando. - Se você instalou Hugs, digite hugs.

14. Passo 3: Escreva o primeiro programa Prelude> “Hello, World!” “Hello, World!” O Haskell imprimiu o resultado. >>> Você pode tentar uma variação para imprimir diretamente a saída padrão: Prelude> putStrLn “Hello World” Hello World

15. Usando um compilador Haskell, você pode compilar o código para para um executável standalone . Crie um arquivo fonte hello.hs contendo: main = putStrLn "Hello, World!" E compile o arquivo com: $ ghc -o hello hello.hs >>> Você pode então correr o executável (./hello no Unix hello.exe e no Windows): $ ./hello Hello, World!

16. Expressões simples Você pode digitar a maioria das expressões matemáticas diretamente no ghci. Prelude> é o prompt padrão do GHCi. Prelude>3 * 5 15 Prelude> 4 ^ 2 - 1 15 Prelude> (1 - 5)^(3 * 2 - 4) 16 Strings estão em aspas duplas. Você pode concatená-las usando ++. Prelude> "Hello" "Hello" Prelude> "Hello" ++ ", Haskell" "Hello, Haskell"

17. As chamadas das funções são feitas colocando se os argumentos diretamente depois da da função. Não existem parênteses para a chamada: Prelude> succ 5 6 Prelude> truncate 6.59 6 Prelude> round 6.59 7 Prelude> sqrt 2 1.4142135623730951 Prelude> not (5 < 3) True Prelude> gcd 21 14 7

18. I/O (Entrada / Saída) Ações de I/O podem ser usadas para ler e escrever a partir do próprio console. Algumas são descritas abaixo. Prelude> putStrLn "Hello, Haskell" Hello, Haskell Prelude> putStr "No newline" No newlinePrelude> print (5 + 4) 9 Prelude> print (1 < 2) True As funções putStr e putStrLn tem strings como saída para o terminal. A função print gere saída seja qual for o tipo. (Se você usar print para uma string, ela terá aspas duplas.) Se você precisar de múltiplas ações de I/O numa única expressão, você pode usar o bloco do. As ações são separadas por ponto e vírgula. Prelude> do { putStr "2 + 2 = " ; print (2 + 2) } 2 + 2 = 4 Prelude> do { putStrLn "ABCDE" ; putStrLn "12345" } ABCDE 12345

19. A leitura pode ser feita com o getLine (no qual retorna uma String) ou readLn (no qual retorna qualquer tipo de valor que você deseje). O símbolo <- é usado para atribuir um nome ao resultado da ação I/O. Prelude> do { n <- readLn ; print (n^2) } 4 16 (O 4 era a entrada. O 16 foi o resultado) Existe também uma outra maneira de escrever blocos. Se você não colocar chaves e ponto e virgula, a identação se torna relevante. Isto não funciona tão bem no ghci, por isso é recomendado que ponha o código num arquivo (ex.: teste.hs) e compile. main = do putStrLn "What is 2 + 2?" x <- readLn if x == 4 then putStrLn "You're right!" else putStrLn "You're wrong!"

20. Tipos de dados • Uma forte característica da linguagem Haskell é sua “tipagem” (strongly typed), isto é, é sempre possível determinar o tipo de uma determinada entidade. Em contra-ponto podemos fazer uma analogia com linguagens sem tipos, ou melhor, linguagens onde todas entidades partilham de um mesmo tipo, como é o caso de LISP. Podemos citar os seguintes tipos base de Haskell no slide seguinte:

21. Tipos de dados • Tipo unitário: é uma implementação do conjunto um, sendo assim, todos os demais tipos derivam desse. • Tipo lógico (bool): valores lógicos, podendo assumir como valores: true, false, otherwise (= true). Podem ser submetidos aos seguintes operadores: && (conjunção); || (disjunção); not (negação). • Tipo caracter (char): valores Unicode do nosso alfabeto, podendo assumir como valores símbolos da tabela Unicode (16bits). • Tipo numérico: valores numéricos, inteiros (int, integer), e reais (float, double). • Listas: conjunto das seqüências finitas, eventualmente vazias, de elementos de um dado tipo. Dentre todos operadores podemos citar: last – retorna último elemento de uma lista; init – retorna o primeiro elemento de uma lista; ++ - realiza a concatenação entre duas listas. Seqüências de caracteres (Strings): podem ser considerados como uma lista de caracteres.

22. Expressões: • Utilizamos o comando type para setar o interpretador a mostrar informações sobre o tipo das expressões manipuladas no decorrer da seção. A avaliação de uma expressão por parte do interpretador é realizada normalmente (esquerda para direita). Podendo o mesmo ser setado para que informe dados estatísticos a respeito das alterações realizadas (:set +s). 

23. Definições de Funções • A definição de funções deve ser realizada em um novo arquivo, o qual deverá possuir a extensão “.hs” através do comando load <file> as funções declaradas são disponibilizadas. • A definição de uma função é realizada através da escrita de uma equação, a qual irá determinar o comportamento da mesma. Deve-se obedecer a seguinte sintaxe:  • <nome_da_funcao> • <argumento> = <expressão>  • A linguagem Haskell não suporta mais de um argumento. Esse problema pode ser resolvido agrupando seus argumentos em um n-duplo:  • <funcao> :: (Int, Int) -> Int • <funcao> <arg1, arg2> = <command> 

24. Expressões Lambda: • Ao invés de usar equações para definir funções, pode-se utilizar uma notação lambda, em que a função não precisa ter um nome. Por exemplo, a função sucessor :: Int -> Int  sucessor x = x+1 poderia ser definida como lx. x+1 na notação lambda, ou \x -> x + 1 em Haskell. Temos então Haskell > (\x -> x + 1) 10 11. Da mesma maneira a função soma poderia ter sido definida da seguinte maneira: • soma = \ x y -> x + y  • O operador de composição de funções é definido utilizando a sintaxe lambda:  • (.) :: (u -> v) -> (t -> u) -> (t -> v) • f . g = \x -> f (g x) 

25. Tipos Simples: Até agora, nenhuma declaração de variável foi mencionada. Isto é porque Haskell faz dedução de tipos. Você geralmente não tem que declarar tipos a não ser que você queira. Se quiser declarar ponha :: para tal. Veja abaixo: Prelude> 5 :: Int 5 Prelude> 5 :: Double 5.0 Tipos (e “classes tipo”, veremos mais adiante) sempre iniciam com letras maiúsculas em Haskell. Variáveis sempre iniciam com letras minúsculas Isto é uma regra, não uma convenção da linguagem. Você pode também perguntar ao ghci que tipo foi escolhido para alguma coisa. Isto é útil porque geralmente você não precisa declarar seus tipos.

26. Prelude> :t True True :: Bool Prelude> :t 'X' 'X' :: Char Prelude> :t "Hello, Haskell" "Hello, Haskell" :: [Char] (Como é notado neste caso, [Char] é outra maneira de dizer String.)

27. Um poucomaisinteressante, agora com número. Prelude> :t 42 42 :: (Num t) => t Prelude> :t 42.0 42.0 :: (Fractional t) => t Prelude> :t gcd 15 20 gcd 15 20 :: (Integral t) => t Estes tiposusam “classes tipo”. Querdizer: 42 pode ser usadocomo um tiponuméricoqualquer. (Este é o porque de anteriormenteeuterdeclarado 5 comoIntou Double). 42.0 pode ser qualquertipofracionário, masnão um tipointeiro. gcd 15 20 (no qual é umachamada de função) pode ser qualquertipointeiro, masnão um tipo decimal.

28. Existem cinco tipos numéricos no Haskell “prelude” (a parte da biblioteca que existe sem ter que importar nada): Int é um inteiro com no máximo 30 bits de precisão. Integer é um inteiro sem limitação de precisão. Float precisão simples de ponto flutuante. Double precisão mais aprimorada de ponto flutuante. Rational tipo fracionário, sem nenhum erro de arredondamento. Todos os cinco são instancias da classe tipo Num. Os dois primeiros são instancias do Integral, e os outros três são instancias do Fractional.

29. Dados estruturados Tipos básicos de dados podem ser combinados em duas maneiras: listas, na qual colocamos [entre colchetes], e tuplas que ficam (entre parênteses). Listas são usadas para agrupar multiplos valores do mesmo tipo. Prelude> [1, 2, 3] [1,2,3] Prelude> [1 .. 5] [1,2,3,4,5] Prelude> [1, 3 .. 10] [1,3,5,7,9] Prelude> [True, False, True] [True,False,True] Strings são apenas listas de caracteres. Prelude> ['H', 'e', 'l', 'l', 'o'] "Hello"

30. O operador : (dois pontos), coloca um item no início da lista. Prelude> 'C' : ['H', 'e', 'l', 'l', 'o'] "Chello" Tuplas mantem um numero fixo de valores, no qual pode haver diferentes tipos. Prelude> (1, True) (1,True) Prelude> zip [1 .. 5] ['a' .. 'e'] [(1,'a'),(2,'b'),(3,'c'),(4,'d'),(5,'e')] O ultimo exemplo, é usado zip, uma função da biblioteca que transforma duas listas em uma tupla.

31. Os tipos que provavelmente esperamos. Prelude> :t ['a' .. 'c'] ['a' .. 'c'] :: [Char] Prelude> :t [('x', True), ('y', False)] [('x', True), ('y', False)] :: [(Char, Bool)] As listas são muitos usadas em Haskell. Abaixo algumas funções úteis. Prelude> [1 .. 5] [1,2,3,4,5] Prelude> map (+ 2) [1 .. 5] [3,4,5,6,7] Prelude> filter (> 2) [1 .. 5] [3,4,5] Prelude> fst (1, 2) 1 Prelude> snd (1, 2) 2 Prelude> map fst [(1, 2), (3, 4), (5, 6)] [1,3,5]

32. Definições de funções Como já demonstrado anteriormente, uma ação I/O, chamada main: main = do putStrLn "What is 2 + 2?" x <- readLn if x == 4 then putStrLn "You're right!" else putStrLn "You're wrong!" Agora, temos uma função chamando outra função: factorial n = if n == 0 then 1 else n * factorial (n - 1) main = do putStrLn "What is 5! ?" x <- readLn if x == factorial 5 then putStrLn "You're right!" else putStrLn "You're wrong!"

33. Compilando de novo com ghc-make Teste.hs. E, $ ./Test What is 5! ? 120 You're right! Temos um função, podendo ser chamada como fatorial 5 sem precisar usar parênteses Agora perguntamos ao ghci o tipo. $ ghci Test.hs << GHCi banner >> Ok, modules loaded: Main. Prelude Main> :t factorial factorial :: (Num a) => a -> a Tipos de funções são escritas com um tipo de argumento, depois ->, depois o tipo do resultado. A função fatorial também pode ser simplificada sendo escrita com analise de caso. factorial 0 = 1 factorial n = n * factorial (n - 1)

34. Sintaxes convenientes Algumas outras sintaxes que podem ser úteis. secsToWeeks secs = let perMinute = 60 perHour = 60 * perMinute perDay = 24 * perHour perWeek = 7 * perDay in secs / perWeek A expressão let define nomes temporários. classify age = case age of 0 -> "newborn" 1 -> "infant" 2 -> "toddler" _ -> "senior citizen"

35. Quicksort in C // To sort array a[] of size n: qsort(a,0,n-1) void qsort(int a[], int lo, int hi) { { int h, l, p, t; if (lo < hi) { l = lo; h = hi; p = a[hi]; do { while ((l < h) && (a[l] <= p)) l = l+1; while ((h > l) && (a[h] >= p)) h = h-1; if (l < h) { t = a[l]; a[l] = a[h]; a[h] = t; } } while (l < h); a[hi] = a[l]; a[l] = p; qsort( a, lo, l-1 ); qsort( a, l+1, hi ); } }

36. Quicksort in Haskell qsort [] = [] qsort (x:xs) = qsort (filter (< x) xs) ++ [x] ++ qsort (filter (>= x) xs) A primeira linha lê-se: "Quando você classifica uma lista vazia ( [] ), o resultado é uma outra lista vazia". A segunda linha diz: "Para ordenar uma lista cujo primeiro elemento é chamado x e o resto do que é chamado xs , classificar os elementos de xs , que são menos de x , classificar os elementos de xs , que são iguais ou superiores a x , e concatenar ( + + ) os resultados, com x colada no meio.

37. Programa Exemplo: -- script tabela -- banco de dados das notas: aluno :: Int -> Float aluno 1 = 7.5 aluno 2 = 10 aluno 3 = 9 aluno 4 = 6.3 -- (...) tabela :: Int -> String tabela n = cabeçalho ++ imprimeAlunos n ++ imprimeMedia n cabeçalho :: String cabeçalho = “Aluno Nota\n”

38. imprimeAlunos :: Int -> String imprimeAlunos 1 = imprimeAluno 1 imprimeAlunos n = imprimeAlunos (n-1) ++ imprimeAluno n imprimeAluno :: Int -> String imprimeAluno n = show n ++ “ “ ++ show (aluno n) ++ “\n” imprimeMedia :: Int -> String imprimeMedia n = “\n” ++ “Média da Turma: “ ++ show (media n) soma :: Int -> Float soma 1 = aluno 1 soma n = aluno n + soma (n-1) media :: Int -> Float media n = (soma n) / (fromInt n)

39. Pesquisa de valoresemumaárvore: procuraValor :: Arvore -> Int ->Bool procuraValor Null num = False procuraValor (Node valor esq dir) num | valor == num = True | otherwise = False || (procuraValor esq num) || (procuraValor dir num)

40. Haskell tem um amplo uso comercial, de aeronaves e defesa, finanças, complementos web, empresas de design de hardware, etc. ABN AMRO Amsterdã, Holanda ABN AMRO é um banco internacional sediado em Amsterdã. É usado para medir os riscos de investimentos dos portifólios. AT&T Haskell é usado na divisão de segurança para automatizar processos de reclamações sobre abusos na internet.

41. Bibliografia: • www.haskell.org • www.haskell.edu/haskell • www.haskell.org/haskell-history.html • http://pt.wikipedia.org/wiki/Haskell_(linguagem_de_programação) • http://www.haskell.org/haskellwiki/Learn_Haskell_in_10_minutes • http://hackage.haskell.org/platform/ • http://www.haskell.org/ghc/download_ghc_6_12_1.html • http://www.macs.hw.ac.uk/~dubois/ProgramacaoHaskell.pdf