Modules

📚 《Learn You a Haskell》读书笔记：模块 (Modules)

本章的核心是讲解 Haskell 如何组织代码。对于有经验的开发者来说，模块的概念（即“代码库”或“命名空间”）并不陌生，但 Haskell 的实现有几个关键的特色，尤其是在**导入（Import）和导出（Export）**的控制上。

1. 核心思想：组织与封装

和 Python 的 .py 文件、Node.js 的 module.exports / import 类似，Haskell 的模块（.hs 文件）主要有两个目的：

1. 组织代码：将相关功能的函数和类型放在一起。
2. 控制命名空间：避免函数名冲突，并隐藏内部实现细节。

2. 如何使用模块：import 的三种姿势

这是本章的第一个重点。当你需要使用标准库（如 Data.List）或第三方库时，import 语句有三种主要形式：

a. 默认导入 (Default Import)

1import Data.List

• 作用：将 Data.List 模块中所有导出的函数和类型加载到当前的全局命名空间。
• 问题：非常容易造成命名冲突。例如，Data.List 里的 filter 和 Prelude（默认导入的）里的 filter 就会冲突。
• 类比：类似于 Python 的 from numpy import *。通常不推荐。

b. 限定导入 (Qualified Import) - 最佳实践

1import qualified Data.Map as M

• 作用：导入模块，但不将其函数放入全局命名空间。你必须使用模块名（或别名）作为前缀来调用它们。
• 示例：使用 M.insert、M.lookup 来操作 Map，而不是 insert 或 lookup。
• 类比：这完全等同于 Python 的 import numpy as np 或 import pandas as pd。这是在 Haskell 中处理 Data.Map、Data.Set、Data.Text 等模块时最常用、最推荐的方式。

c. 选择性导入 (Selective Import)

1-- 1. 只导入指定的几个函数
2import Data.List (nub, sort)
3
4-- 2. 导入除指定函数外的所有内容 (常用于解决与 Prelude 的冲突)
5import Data.List hiding (filter)

• 作用：提供了更细粒度的控制，精确指定你需要或你不需要哪些函数。
• 场景：hiding 尤其有用。当你需要 Data.List 中的大量函数，但又想继续使用 Prelude 里的 filter 时，hiding (filter) 就是完美的解决方案。

3. 如何创建模块：module 与导出列表

这是本章的第二个重点，也是 Haskell 封装性的核心。

a. 模块声明与文件结构

在文件的顶部，你需要声明你的模块。

1module Geometry.Sphere (volume, area) where

• module Geometry.Sphere ...：
  • Geometry.Sphere 是模块名。
  • Haskell 对文件结构有严格要求：这个文件必须存放在 Geometry/ 目录下，并命名为 Sphere.hs。这和 Java 的包结构类似。
• (volume, area)：
  • 这是导出列表（Export List）。
  • 它定义了这个模块的公共 API。只有在这里列出的函数和类型才能被其他模块导入和使用。
  • 类比：这非常像 C/C++ 的 .h 头文件，或是 Node.js 中赋给 module.exports 的对象。

b. 导出列表的陷阱与精髓

() 导出列表的写法有几种情况，含义天差地别：

1. module MyModule (funcA, funcB) where ...

   • 含义：只导出 funcA 和 funcB。所有其他未列出的函数（例如 internalHelperFunc）都是私有的。

2. module MyModule where ... (省略导出列表)

   • 含义：导出所有在这个模块中定义的函数和类型。
   • 注意：这在原型设计或非常小的内部模块时可用，但对于库来说，这破坏了封装性。

3. module MyModule () where ... (空的导出列表)

   • 含义：不导出任何东西。这个模块可以被编译，但其他模块无法使用它的任何功能（也许它只为了某个可执行文件的 main 函数）。

c. 导出自定义类型（Type）的秘密：(..) 语法

这部分是 Haskell 模块系统中最精妙、也最容易混淆的地方。当你定义一个自定义数据类型时：

1data Shape = Circle Float Float Float | Rectangle Float Float

你有两种导出它的方式：

1. module ... (Shape) where ... (导出类型，不导出构造函数)

   • 含义：其他模块知道 Shape 这个类型的存在。它们可以将其用作函数签名（例如 calculateArea :: Shape -> Float），但它们不能创建 Shape，也不能进行模式匹配。
   • 结果：你创建了一个抽象数据类型（Abstract Data Type, ADT）。其他模块必须使用你同时导出的 “智能构造函数”（例如 createCircle :: Float -> Shape）来创建实例。
   • 类比：这类似于 C++ 中只在头文件里前向声明 (forward declare) 一个类，但不提供其完整定义，或者一个只有私有构造函数 (private constructor) 的类。

2. module ... (Shape(..)) where ... (导出类型和所有构造函数)

   • 含义：导出 Shape 类型，以及它的所有值构造函数（Circle 和 Rectangle）。
   • 结果：其他模块可以自由地创建 Shape（如 Circle 1.0 2.0 5.0），并对其进行模式匹配。
   • Shape(..) 是 Shape(Circle, Rectangle) 的简写。

4. 关键模块与 Prelude

• Prelude：一个特殊的模块，它会在所有 Haskell 文件中被自动（隐式）导入（除非你使用 NoImplicitPrelude 语言扩展）。这就是为什么 map、filter、head、($)、Integer、Bool 等常用功能随处可用的原因。
• 常用模块：本章引导我们认识了几个 Prelude 之外的核心模块：
  • Data.List：提供了更多 Prelude 中没有的高级列表函数（如 nub, sort, groupBy）。
  • Data.Char：提供了处理字符的函数（如 isDigit, isUpper, toLower）。
  • Data.Map 和 Data.Set：提供了高效的、不可变的键值对映射和集合。（LYAH 建议使用 qualified 导入它们）。

💡 总结与反思 (连接你的经验)

1. Haskell 更倾向于 qualified：与 Python（from ... import ... 很常见）不同，Haskell 社区由于 Prelude 的存在和对类型安全的重视，强烈推荐使用 import qualified ... as ...。
2. 导出列表 = 公共 API：Haskell 的 module ... (...) where 语法是一种非常明确和强大的定义公共 API 的方式，比 C++ 的 public/private 或 JS/TS 的 export 关键字更集中、更一目了然。
3. (..) 语法是封装的开关：Shape vs Shape(..) 的区别是 Haskell 封装思想的体现。它允许你精确控制类型的"不透明度" (opacity)，这是实现真正抽象数据类型的关键。

希望这份笔记对你巩固 Haskell 模块的知识有所帮助！

接下来，你是否想深入了解一些最重要的标准库模块，比如 Data.Map 或 Data.Text 的常用 API？