Haskell Tutorial（1）哈囉！世界！ << 前情

我在〈靜態定型與單元測試之爭〉談過「任何數值都是記憶體中的一組位元，型態賦予這組位元意義，這樣開發者就能得知如何對待這組位元，因此型態也部份解釋了開發者想要程式做哪些事情。」

也因此，任何程式語言的學習，都得認識型態系統，就結論而言，Haskell 是靜態定型（Static type）、強型別（Strong type）並具有強大型態推斷（Type inference）能力的語言。

靜態定型

靜態定型表示編譯器在編譯時期，就可以得知各個值與運算式（expression）的型態，舉例來說，你可以設計一個簡單的函式（Function）：

doubleMe :: Float -> Float
doubleMe x = x + x

雖然還沒有正式要介紹函式，不過，這個函式很簡單，第一行是函式的型態宣告，函式名稱是 doubleMe，Float -> Float 表示接受 Float 引數並傳回 Float 結果，x 是接受引數的參數名稱，函式的傳回值是 x + x 運算式的結果。

你可以將之儲存為 myfuncs.hs，然後在 GHCI 中使用 :l 來載入：

可以看到，doubleMe 3.14 表示使用 3.14 來呼叫函式 doubleMe，這沒問題，因為 3.14 被推斷為一個 Float，然而 doubleMe "3.14" 就不行，因為 "3.14" 不會是一個 Float，靜態定型的 Haskell 會在執行之前，就檢查出這類型態不匹配的錯誤，避免許多執行時期因型態不正確而可能引發的錯誤。

強型別

注意！上面我說 doubleMe 3.14 時，3.14 被推斷為一個 Float，因為上面 3.14 這 literal 本身沒有指定型態，因而編譯器試圖為它推斷一個適合的型態。你可以自行指定型態。例如：

當你指定 3.14::Float 時，表示 3.14 的型態就是 Float，可以看到，當你指定 1::Int 或 1::Double並試圖呼叫 doubleMe 時，就會發生編譯錯誤，因為函式只接受 Float 的引數。

就多數主流的靜態語言來說，不能將 double 之類的值指定給 float 比較容易理解，因為可以解釋為記憶體長度不同（必要時可以使用 CAST 語法來關閉編譯器檢查），然而 1::Int 不能指定給 Float 的參數，就比較覺得令人詫異了，在多數主流的靜態語言中，將 int 指定給 float 之類的變數是允許的。

在 Haskell 中，1::Int 不能指定給 Float 的參數說明了，Haskell 是座落於強型別這側的語言，強型別意謂著，型態轉換不會自動發生，如果函式預期接受 Float，而你給他一個 Int 引數，引數並不會自動轉換為 Float。

Haskell 的型態系統有多嚴格？來看看 Int 與浮點數相加會如何？

在 Haskell 中，會不意外地發生編譯錯誤，這類錯誤當然不會像這邊範例這麼直接發生，而會像是以下這種情況：

[1, 2, 3] 在 Haskell 中會建立一個清單， length 函式可以取得這個清單的長度，以 Int 傳回，Int 與 3.14 相加就會引發錯誤。類似地，以下也會發生錯誤：

型態推斷

看到以上的範例，你可能會有疑問，那麼 10 + 3.14 為什麼可以？

如前所述，這是因為編譯器推斷出這兩個 literal（嚴格來說，是推斷出 (10 + 3.14) 這個運算式）最適合的型態 Fractional，在這邊，:t 是可以在 GHCI 中用來檢驗型態的指令，你可以隨時用它來檢驗 Haskell 中任何值的型態。

然後，當你令某代數 x 與 y 為某值時，因為前後程式文脈（Context）的沒有型態可供參考（像是 + 函式這類），編譯器會分別給予的型態會像是：

這也就是為何，x + y 不能通過編譯的原因，如果你想要令其通過編譯，可以使用 fromInteger 函式，例如：

可以看到，fromInteger 的型態宣告是 Num a => Integer -> a，Num 是個 Typeclass，某些程度上，你可以將 Typeclass 類比為 Java 中的 interface，Num a 表示 a 必須是個具有 Num 行為的型態，Integer -> a 表示參數型態為 Integer，而傳回型態為 a。

所有的整數與浮點數都有 Num 的行為，當你執行 fromInteger x + y 時，編譯器會根據 + y 決定，fromInteger x 的傳回值型態會是 Double，接著再與 y 進行相加。

不過，如果你是這麼寫，那麼 fromInteger 就吐了：

記得嗎？fromInteger 的型態宣告是 Num a => Integer -> a，而在上面，你的 10 是個 Int，型態轉換在 Haskell 中不會自動發生，就算是 Int 自動轉為 Integer 也不行。

fromIntegral（注意！字尾是 ral 不是 er）的型態是 (Integral a, Num b) => a -> b，表示 a 必須有 Integral 的行為，而 b 必須有 Num 的行為，Integral 也是個 Typeclass，所有整數都有 Integral 的行為，因此就涵蓋了 Int。就整個 fromIntegral (10::Int) + 3.14 程式文脈，編譯器最後推斷出的型態會是 Fractional，實際上，Fractional 也是個 Typeclass。

實際上，Haskell 的編譯器很強大，如果你沒有指定型態，總是會努力為你推斷出適合的型態，例如，先前的 doubleMe 可以只寫為：

doubleMe x = x + x

重新在 GHCI 中用 :l 載入，使用 :t 檢驗看看，編譯器為你推斷為何種型態？

在 Haskell 中，絕大多數的情況下，不聲明型態是可以的，這使得 Haskell 程式碼看起來，會像是動態語言中的變數無需宣告型態（實際上，Haskell 沒有變數，之後會詳述），不過，在 Haskell 中，宣告函式時明確聲明型態，反而是鼓勵的，如果你真的不知道你的函式型態要如何宣告型態，可以像這邊，在 GHCI 中檢驗完之後，再將型態宣告添加至原始碼之中。

基本型態與 Typeclass

暈頭了嗎？也許在 Haskell 中，使用函數式風格並不是最難的，使用正確型態通過編譯才是最難的，因為嚴格的強型別、靜態型態，使得在 Haskell 中要通過編譯本身就是件難事，因此有「It Compiles! Let’s ship it!」的笑話！

然而換取而來的代價是，不少因型態不正確的錯誤，在通過編譯之前都被抓出來了，很多時候確實是如此，我以為自己已經謹慎思考過型態了，編譯器卻總會抓出我沒想到的部份。

最後，來看看這篇文章中提到的幾個基本型態：

• Int有界整數，如果是 32 位元機器，上下界會分別是 2147483647 與 -2147483648。
• Integer無界整數，效率比較慢，不過可以儲存大整數，例如 2147483648::Int 結果會是 -2147483648，2147483648::Integer 才會是 2147483648。
• Float 與 Double分別代表單精度浮點數與倍精度浮點數。
• BoolTrue 與 False 兩個布林值的型態。
• Char字元型態，之後還會看到，像 “Justin" 這個字串，其實是由字元組成的清單。

來看看這篇文章中提到的幾個 Typeclass：

• Integral代表所有整數的 Typeclass，Int 與 Integer 具有 Integral 的行為。
• Floating代表所有浮點數的 Typeclass，Float 與 Double 具有 Floating 的行為。
• Fractional代表分數的 Typeclass，涵蓋了 Float 與 Double。
• Num代表所有數字的 Typeclass。

當然，還有其他的，不過，認識它們全部並不是重點，真正的重點在於，如果你是從其他弱型別、動態定型，或者是型態系統上要求較寬鬆的語言，進入到 Haskell，必須得重新思考一下，型態對你而言到底是什麼意義？我曾經在 Ruby Conference Taiwan 2014 的〈Understanding Typing. Understanding Ruby.〉做過一些探討。

當你進入到 Haskell 之中，你會發現一件事「開發者對型態的思考總是不足的」，在這篇中認真地重新思考一下型態，之後繼續在 Haskell 中繼續前進時，才不至於處處碰壁。

後續 >> Haskell Tutorial（3）初探代數與函式