Un lenguaje funcional avanzado: Haskell

1. Un lenguaje funcional avanzado: Haskell Salvador Lucas AlbaDepartamento de Sistemas Informáticos y ComputaciónUniversidad Politécnica de Valenciahttp://www.dsic.upv.es/~slucas

2. Objetivos • Introducir la sintaxis básica de Haskell • Aprender a utilizar el intérprete Hugs para ejecutar programas escritos en Haskell

3. Desarrollo • Introducción a Haskell • Nivel léxico • Expresiones • Declaraciones

4. Desarrollo • Introducción a Haskell • Nivel léxico • Expresiones • Declaraciones

5. Introducción a Haskell Características principales • Permite al usuario definir sus propios tipos y estructuras de datos • Dispone de los tipos predefinidos usuales (booleanos, enteros, caracteres, cadenas, …) con las operaciones predefinidas habituales • Soporta distintos niveles de polimorfismo: • Polimorfismo paramétrico • Polimorfismo ‘ad-hoc’ (sobrecarga)

6. Introducción a Haskell Características principales • Un programa es un conjunto de definiciones de función realizadas mediante ecuaciones condicionales • Pueden emplearse expresiones let y where así como las reglas de ‘layout’ • Funciones de orden superior • La evaluación de expresiones es ‘perezosa’ (lazy)

7. Introducción a Haskell Características principales • Los programas pueden organizarse en modulos o ‘librerías’ • Los programas Haskell suelen llevar la extensión ‘hs’. • El módulo Prelude.hs contiene definiciones de tipos y funciones que pueden utilizarse de forma inmediata en cualquier programa

8. Introducción a Haskell Module ProgHaskell Importación/Exportación de módulos Definición de tipos y estructuras de datos Definición de funciones

9. Introducción a Haskell Prelude.hs Definición de tipos y estructuras de datos Definición de funciones

10. Desarrollo • Introducción a Haskell • Nivel léxico • Expresiones • Declaraciones

11. Nivel léxico Identificadores • Un identificador Haskell consta de una letra seguida por cero o más letras, dígitos, subrayados y comillas simples. • Los identificadores son case-sensitive (el uso de minúsculas o mayúsculas importa)

12. Nivel léxico Identificadores • Como en todos los lenguajes, hay ‘palabras reservadas’: case, data, deriving, do, else, if, import, let, module, of, then, type, where… • La letra inicial del identificador distingue familias de identificadores: empiezan por • Mayúscula los tipos y constructores de datos • Minúscula los nombres de función y variables

13. Nivel léxico Identificadores • Ejemplo: Bool, Int, Char, String(predef) • dataColor= Red | Green | Blue • dataLaboral= Lu | Ma | Mi | Ju | Vi • dataTreeInt= LInt| BTreeIntTreeInt • dataTreet = Lt | B (Treet) (Treet) Constructores de tipos Mayusc. Minusc. Variables de tipo Constructores de datos

14. Nivel léxico • Ejemplo: factn | n==0 = 1 | n>0 = n*fact (n-1) length[] = 0 length(x:xs) = 1+lengthxs Nombres de función Mayusc. Constructores de datos Minusc. Variables

15. Nivel léxico Operadores • Se pueden especificar operadores: cadenas de símbolos escogidos entre !, #, $, %, &, *, +, -, ., /, <, =, >, ?, @, \, :,… • Ejemplo: +!+, <&, <=>, … • Si queremos utilizar el operador como constructor de datos debe empezar por ‘:’

16. Nivel léxico Comentarios • Un trozo de texto en un programa puede ‘comentarse’ encerrándolo entre {- -} o bien, si es una sola línea, precediéndolo de --

17. Nivel léxico Números • Los enteros se escriben de la manera habitual: • 0, 45, -3452, 2147493647 • Los números en coma flotante también:0.31426, -23.12, 567.347, 4523.0 • 231.61e7, 231.6e-2, -3.412e03

18. Nivel léxico Caracteres • Los caracteres se escriben así: • ‘a’, ‘b’, ..., ‘A’, ‘B’, ..., ‘1’, ‘2’, ... • ‘\a’, ‘\b’, ‘\f’, ‘\n’, ‘\r’, ... • ‘\BEL’, ‘\BS’, ‘\FF’, ‘\LF’, ‘\CR’, ... • ‘\7’, ‘\8’, ‘\12’, ‘\10’, ‘\13’, ... • ‘\o7’, ‘\o10’, ‘\o14’, ‘\o12’, ‘\o15’ • ‘\x7’, ‘\x8’, ‘\xC’, ‘\xA’, ‘\xD’, ...

19. Nivel léxico Cadenas • Los cadenas de caracteres son secuencias de caracteres entre comillas dobles: • “”, • “1&bA”, • “Esta frase \10ocupa dos lineas”

20. Desarrollo • Introducción a Haskell • Nivel léxico • Expresiones • Declaraciones

21. Expresiones Llamada a una función • Dado un nombre de función • f • y expresiones • e1, e2, …, ek • la expresión • ( f e1 e2 ··· ek ) • representa la llamada a la función f con argumentos e1, e2, …, ek ¡Paréntesis externos! ¡No hay ‘comas’!

22. Expresiones Llamada a una función • Ejemplos: • (fact 10) • (length “abcd”) • (fact (length “abcd”))

23. Expresiones Llamada a una función • También es válido: • fact 10 • length “abcd” • fact (length “abcd”)

24. Expresiones Utilización de operadores • Dado un operador (binario) • Å • y expresiones • e1, e2 • la expresión • (e1Å e2) • representa la aplicación del operador Å a sus argumentos e1, e2

25. Expresiones Utilización de operadores • Ejemplos: • (10 + 3) • (“abcd” ++ “123”) • ((a:“bcd” ) ++ “123”)

26. Expresiones Utilización de operadores • También es válido: • 10 + 3 • “abcd” ++ “123” • (a:“bcd” ) ++ “123”

27. Expresiones • Por supuesto, se pueden combinar • fact (10 + 3) • length (“abcd” ++ “123”) • length ((a:“bcd” ) ++ “123”)

28. Expresiones Condicionales • La expresión condicional puede utilizarse en su sintaxis ‘infija’: • fact n = if n==0 then 1 else n*(fact (n-1))

29. Expresiones Listas • Por su frecuente uso en programación funcional, se han desarrollado (y se admiten) distintas notaciones para expresar listas: • 1:2:3:[] (igual a 1:(2:(3:[])) ) • [1,2,3] • 1:[2,3] • corresponden a la misma lista (:) es asociativo por la derecha

30. Expresiones Listas • La notación de listas aritméticas permite expresar secuencias de enteros: • [2..10] es [2,3,4,5,6,7,8,9,10] • [1..] es [1,2,3,4,... • [1,3..10] es [1,3,5,7,9] • [1,3..] es [1,3,5,7,9,...

31. Expresiones Listas • También se puede utilizar para expresar secuencias de caracteres o booleanos: • [’a’..’e’] es “abcde” • [False ..] es [False,True] • [’a’,’e’..’z’] es “aeimquy”

32. Expresiones Expresiones lambda • Una función f se describe mediante una expresión lambda de la forma \ x1 · · · xk -> e • Las variablesx1, ..., xkson distintas entre sí y las únicas que aparecen en la expresión e

33. Expresiones Expresiones lambda • Ejemplo \ x y -> x+y \ x -> 2*x \ x -> True \ m n -> B (L m) (L n)

34. Desarrollo • Introducción a Haskell • Nivel léxico • Expresiones • Declaraciones

35. Declaraciones Tipos definidos por el usuario • Los tipos ‘de usuario’ se definen junto con los valores que éstos contienen • Ejemplos: • data Color = Red | Green | Blue • data Laboral = Lu | Ma | Mi | Ju | Vi • data TreeInt = L Int | B TreeInt TreeInt • data Tree t = L t | B (Tree t) (Tree t)

36. Declaraciones Tipos definidos por el usuario • Los valores se obtienen considerando la definición de tipo como una gramática: • Los constructores de datos son símbolos terminales • Los constructores de tipo son símbolos no terminales • Los valores del tipo son los términos del lenguaje generado por la gramática

37. Declaraciones Tipos definidos por el usuario • Ejemplo: Int := 0 | 1 | 2 | 3 | ··· | -1 | -2 | -3 | ··· TreeInt := L Int | B TreeInt TreeInt Valores de este tipo son: L 1, L -10, B (L 1) (L 10), B (B (L 1) (L1)) (L -1)

38. Declaraciones Tipos definidos por el usuario • Ejemplo de valor del tipo TreeInt 1 4 3 2 (B (L 1) (B (B (L 2) (L 3)) (L 4)))

39. Declaraciones Tipos definidos por el usuario • Las siguientes expresiones: L (1+1) B (B (L 1) (L (length “ab”))) (L (fact 2)) son del tipo TreeInt, pero no son valores (contienen símbolos no constructores)

40. Declaraciones Definición de funciones • En los lenguajes funcionales, lo normal es definir las funciones mediante ecuaciones empleando (y combinando) distintas técnicas: • parámetros formales • guardas • ajuste de patrones • distinción de casos • cláusulas where

41. Definición de funciones Parámetros formales • Una función f se describe mediante ecuaciones de la forma: f x1 · · · xk = r • Las variablesx1, ..., xkson distintas entre sí y las únicas que aparecen en la parte derecha r

42. Definición de funciones Parámetros formales • Ejemplos: doble x = x+x triple x = 3*x seisveces x = doble (triple x) fact n = if n==0 then 1 else n*fact (n-1)

43. Definición de funciones Parámetros formales • Ejemplos: doble x = x + x triple x = 3 * x Funciones primitivas

44. Definición de funciones Parámetros formales • Ejemplos: doble x = x+x triple x = 3*x seisveces x =doble(triplex) Otras funciones de usuario

45. Definición de funciones Parámetros formales • Ejemplos: doble x = x+x triple x = 3*x seisveces x = doble (triple x) factn = if n==0 then 1 else n*fact(n-1) Recursividad

46. Definición de funciones Parámetros formales y guardas • Una función f se describe mediante ecuaciones de la forma: f x1 · · · xk | c = r donde c es una expresión booleana

47. Definición de funciones Parámetros formales y guardas • Ejemplos: fact n | n==0 = 1 | n>0 = n*fact (n-1) sign x | x<0 = neg | x==0 = cero | x>0 = pos

48. Definición de funciones Parámetros formales y guardas • Ejemplos: fact n | n==0 = 1 | n>0 = n*fact (n-1) sign x | x<0 = neg | x==0 = cero | x>0 = pos Guardas

49. Definición de funciones Ajuste de patrones • Una función f se describe mediante ecuaciones de la forma: f p1 · · · pk = r • Los patronesp1, ..., pkson términos constituidos por constructores de datos y variables

50. Definición de funciones Ajuste de patrones • Ejemplos: length [] = 0 length (x:xs) = 1+length xs data Nat = Cero | S Nat first Cero _ = [] first (S n) (x:xs) = x:(first n xs)