类型与类型类

2025-09-11 00:00    #  

Haskell：类型与类型类 读书笔记核心内容

一、 核心概念：静态类型与类型推断

  1. 静态类型系统 (Static Type System)：

    • Haskell 是静态类型的。这意味着每个表达式的类型在编译时就已经确定了。
    • 这样做的好处是极大地提高了代码的安全性。例如，你不能将一个布尔值和数字相除，这样的错误在编译阶段就会被发现，而不是在程序运行时崩溃。

  2. 类型推断 (Type Inference)：

    • 与 Java 或 Pascal 不同，Haskell 具有强大的类型推断能力。
    • 你不必为每个函数或表达式显式地写出类型。Haskell 编译器通常能自动推断出它们的类型。
    • 尽管如此，为顶层函数（toplevel functions）编写明确的类型签名（Type Declaration）被认为是最佳实践。

二、 类型 (Types)

  1. 什么是类型？

    • 类型是给表达式贴上的“标签”，用于说明该表达式属于哪个“类别”。例如：
      • True 是 Bool 类型。
      • "hello" 是 [Char] 类型（即 String）。
      • 'a' 是 Char 类型。
      • (True, 'a') 是 (Bool, Char) 类型。

  2. 在 GHCI 中检查类型：

    • 使用 :t 命令可以查看任何表达式的类型。
    • 例如：:t 'a' 会返回 'a' :: Char。
    • :: 读作“具有类型”。

  3. 常见的内置类型：

    • Int：有界的整数（通常为 32 或 64 位）。它更高效。
    • Integer：无界的整数。可以用来表示任意大的数字，但效率低于 Int。
    • Float：单精度浮点数。
    • Double：双精度浮点数。
    • Bool：布尔值，只有 True 和 False 两个值。
    • Char：单个字符。
    • String：字符串，它实际上是 [Char]（字符列表）的类型别名。

三、 函数的类型

  1. 类型签名 (Type Signatures)：
    • 函数也有类型。我们使用 :: 来声明它。
    • 格式：functionName :: argumentType1 -> argumentType2 -> returnType
    • 例如：addThree :: Int -> Int -> Int -> Int
    • 这表示 addThree 函数接收三个 Int 类型的参数，并返回一个 Int 类型的值。最后一个类型总是返回类型。

四、 类型变量 (Type Variables) 与多态

  1. 多态函数 (Polymorphic Functions)：
    • 当一个函数的类型签名中包含小写字母开头的名称（如 a, b, t）时，这些就是“类型变量”。
    • 类型变量意味着“可以是任何类型”。
    • 例如，head 函数的类型是 head :: [a] -> a。
    • 这表示 head 接受一个任何类型 a 的元素组成的列表（[a]），并返回一个该类型 a 的元素。它不关心列表里具体是 Int 还是 String。
    • 这类似于其他语言中的“泛型”。

五、 类型类 (Typeclasses)

  1. 什么是类型类？

    • 类型类不是面向对象语言中的“类”。它更像是定义行为的接口（Interface）。
    • 如果一个类型是某个类型类的“实例”（instance），那么它必须实现了该类型类所描述的行为（即特定的函数）。

  2. 类约束 (Class Constraints)：

    • 在类型签名中，使用 => 来表示类型约束。
    • 例如：(==) :: (Eq a) => a -> a -> Bool
    • 这读作：== 函数接受两个类型为 a 的值，并返回一个 Bool。前提条件是：类型 a 必须是 Eq 类型类的实例。

  3. 常见的类型类：

    • Eq：用于支持相等性比较的类型。它提供了 == 和 /= (不等于) 函数。
    • Ord：用于支持排序的类型。它提供了 <, >, <=, >= 等函数。一个类型必须首先是 Eq 的实例，才能成为 Ord 的实例。
    • Show：用于可以转换成字符串的类型。它提供了 show 函数（例如 show 3 返回 "3"）。
    • Read：Show 的反向操作。用于将字符串转换回特定类型。它提供了 read 函数。
      • 注意：使用 read 时，Haskell 常常无法推断你想要的目标类型，因此需要显式类型注解，例如：read "5" :: Int。
    • Enum：用于可以枚举的类型（即有顺序的）。这使得它们可以用于列表的范围表达式，如 ['a'..'e'] 或 [1..5]。
    • Bounded：用于有明确上界和下界的类型。它提供了 minBound 和 maxBound。
    • Num：用于“数字”的类型类。像 20 这样的字面量本身是多态的，其类型是 (Num t) => t。这意味着 20 既可以是 Int，也可以是 Float 或 Double，Haskell 会根据上下文来推断。
    • Integral：Num 的子类，只包括整数（Int, Integer）。
    • Floating：Num 的子类，只包括浮点数（Float, Double）。

  4. fromIntegral 函数：

    • 这是一个非常有用的函数，其类型为 fromIntegral :: (Num b, Integral a) => a -> b。
    • 它用于将一个整数类型（如 Int）转换成一个更通用的数字类型（如 Float 或 Double），以便在计算中混合使用它们。