Unknown - haskell-notes

мы не знаем как взаимодействовать с окружающим миром.

Самое время узнать! Сначала мы посмотрим какие проблемы связаны с реализацией взаимодействия с

пользователем. Как эти проблемы решаются в Haskell. Потом мы научимся решать несколько типичных задач,

связанных с вводом/выводом.

8.1 Чистота и побочные эффекты

Когда мы определяем новые функции или константы мы лишь даём новые имена комбинациям значений.

В этом смысле у нас ничего не изменяется. По-другому это называется функциональной чистотой (referential

transparency). Это свойство говорит о том, что мы свободно можем заменить в тексте программы любой

синоним на его определение и это никак не скажется на результате.

Функция является чистой, если её выход зависит только от её входов. В любой момент выполнения про-

граммы для одних и тех же входов будет один и тот же выход. Это свойство очень ценно. Оно облегчает

понимание поведения функции. Оно говорит о том, что функция может зависеть от других функций толь-

ко явно . Если мы видим, что другая функция используется в данной функции, то она используется в этой

функции. У нас нет таинственных глобальных переменных, в которые мы можем записывать данные из од-

ной функции и читать их с помощью другой. Мы вообще не можем ничего записывать и ничего читать. Мы

не можем изменять состояния, мы можем лишь давать новые имена или строить новые выражения из уже

существующих.

Но в этот статичный мир описаний не вписывается взаимодействие с пользователем. Предположим, что

мы хотим написать такую программу: мы набираем на клавиатуре имя файла, нажимаем Enterи программа

показывает на экране содержимое этого файла, затем мы набираем текст, нажимаем Enterи текст дописыва-

ется в конец файла, файл сохраняется. Это описание предполагает упорядоченность действий. Мы не можем

сначала сохранить текст, затем прочитать обновления. Тогда текст останется прежним.

Ещё один пример. Предположим у нас есть функция getChar, которая читает букву с клавиатуры. И

функция print, которая выводит строку на экран И посмотрим на такое выражение:

letc =getChar

in

print $c :c : []

О чём говорит это выражение? Возможно, прочитай с клавиатуры букву и выведи её на экран дважды.

Но возможен и другой вариант, если в нашем языке все определения это синонимы мы можем записать это

выражение так:

print $getChar :getChar : []

Это выражение уже говорит о том, что читать с клавиатуры необходимо дважды! А ведь мы сделали обыч-

ное преобразование, заменили вхождения синонима на его определение, но смысл изменился. Взаимодей-

ствие с пользователем нарушает чистоту функций, нечистые функции называются функциями с побочными

эффектами.

Как быть? Можно ли внести в мир описаний порядок выполнения, сохранив преимущества функциональ-

ной чистоты? Долгое время этот вопрос был очень трудным для чистых функциональных языков. Как можно

пользоваться языком, который не позволяет сделать такие базовые вещи как ввод/вывод?

126 | Глава 8: IO

8.2 Монада IO

Где-то мы уже встречались с такой проблемой. Когда мы говорили о типе STи обновлении значений. Там

тоже были проблемы порядка вычислений, нам удалось преодолеть их с помощью скрытой передачи фиктив-

ного состояния. Тогда наши обновления были чистыми , мы могли безболезненно скрыть их от пользователя.

Теперь всё гораздо труднее. Нам всё-таки хочется взаимодействовать с внешним миром. Для обозначения

внешнего мира мы определим специальный тип и назовём его RealWorld:

module IO(

IO

) where

data RealWorld = RealWorld

newtype IOa = IO( ST RealWorlda)

instance Functor

IO where ...

instance Applicative

IO where ...

instance Monad

IO where ...

Тип IO(от англ. input-output или ввод-вывод) обозначает взаимодействие с внешним миром. Внешний

мир словно является состоянием наших вычислений. Экземпляры классов композиции специальных функций

такие же как и для ST(а следовательно и для State). Но при этом, поскольку мы конкретизировали первый

параметр типа ST, мы уже не сможем воспользоваться функцией runST.

Тип RealWorldопределён в модуле Control.Monad.ST, там же можно найти и функцию:

stToIO :: ST RealWorlda -> IOa