Bagaimana cara kerja turunan di Haskell?

Tipe Data Aljabar (ADT) di Haskell dapat secara otomatis menjadi instance dari beberapa kelas tipe (sepertiShow,Eq) dengan menurunkannya .

data  Maybe a  =  Nothing | Just a
  deriving (Eq, Ord)

Pertanyaan saya adalah, bagaimana cara derivingkerjanya, yaitu bagaimana Haskell tahu bagaimana menerapkan fungsi kelas tipe turunan untuk ADT turunan?

Juga, mengapa derivingdibatasi hanya untuk kelas tipe tertentu? Mengapa saya tidak bisa menulis kelas tipe saya sendiri yang bisa diturunkan?

Jawaban singkatnya adalah, ajaib :-). Artinya, penurunan otomatis dimasukkan ke dalam spesifikasi Haskell, dan setiap kompilator dapat memilih untuk mengimplementasikannya dengan caranya sendiri. Namun, ada banyak pekerjaan tentang cara membuatnya dapat diperluas.

Derive adalah alat untuk Haskell yang memungkinkan Anda menulis mekanisme turunan Anda sendiri.

GHC digunakan untuk menyediakan ekstensi kelas tipe turunan yang disebut Kelas Generik , tetapi jarang digunakan, karena agak lemah. Yang sekarang telah diambil, dan pekerjaan sedang berlangsung untuk mengintegrasikan mekanisme turunan generik baru seperti yang dijelaskan dalam makalah ini: http://www.dreixel.net/research/pdf/gdmh.pdf

Untuk lebih lanjut tentang ini, lihat:

• GHC wiki: http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/Compiler/GenericDeriving
• Wiki Haskell: http://www.haskell.org/haskellwiki/Generics
• Peretasan: http://hackage.haskell.org/package/generic-deriving

Dari laporan Haskell 98:

Satu-satunya kelas di Pendahuluan yang memungkinkan turunan instance adalah Persamaan, Ord, Enum, Dibatasi, Tunjukkan, dan Baca ...

Berikut penjelasan tentang cara mendapatkan kelas jenis ini: http://www.haskell.org/onlinereport/derived.html#derived-appendix

Dimungkinkan untuk menggunakan Template Haskell untuk menghasilkan deklarasi instance dengan cara yang mirip dengan deriving-clauses.

Contoh berikut dicuri tanpa malu-malu dari Haskell Wiki :

Dalam contoh ini kami menggunakan kode Haskell berikut

$(gen_render ''Body)

untuk menghasilkan contoh berikut:

instance TH_Render Body where
  render (NormalB exp) = build 'normalB exp
  render (GuardedB guards) = build 'guardedB  guards

Fungsi di gen_renderatas didefinisikan sebagai berikut. (Perhatikan bahwa kode ini harus dalam modul terpisah dari penggunaan di atas).

-- Generate an intance of the class TH_Render for the type typName
gen_render :: Name -> Q [Dec]
gen_render typName =
  do (TyConI d) <- reify typName -- Get all the information on the type
     (type_name,_,_,constructors) <- typeInfo (return d) -- extract name and constructors                  
     i_dec <- gen_instance (mkName "TH_Render") (conT type_name) constructors
                      -- generation function for method "render"
                      [(mkName "render", gen_render)]
     return [i_dec]  -- return the instance declaration
             -- function to generation the function body for a particular function
             -- and constructor
       where gen_render (conName, components) vars 
                 -- function name is based on constructor name  
               = let funcName = makeName $ unCapalize $ nameBase conName 
                 -- choose the correct builder function
                     headFunc = case vars of
                                     [] -> "func_out"
                                     otherwise -> "build" 
                      -- build 'funcName parm1 parm2 parm3 ...
                   in appsE $ (varE $ mkName headFunc):funcName:vars -- put it all together
             -- equivalent to 'funcStr where funcStr CONTAINS the name to be returned
             makeName funcStr = (appE (varE (mkName "mkName")) (litE $ StringL funcStr))

Yang menggunakan fungsi dan tipe berikut.

Pertama, beberapa ketik sinonim agar kode lebih mudah dibaca.

type Constructor = (Name, [(Maybe Name, Type)]) -- the list of constructors
type Cons_vars = [ExpQ] -- A list of variables that bind in the constructor
type Function_body = ExpQ 
type Gen_func = Constructor -> Cons_vars -> Function_body
type Func_name = Name   -- The name of the instance function we will be creating
-- For each function in the instance we provide a generator function
-- to generate the function body (the body is generated for each constructor)
type Funcs = [(Func_name, Gen_func)]

Fungsi utama yang dapat digunakan kembali. Kami meneruskan daftar fungsi untuk menghasilkan fungsi dari instance.

-- construct an instance of class class_name for type for_type
-- funcs is a list of instance method names with a corresponding
-- function to build the method body
gen_instance :: Name -> TypeQ -> [Constructor] -> Funcs -> DecQ
gen_instance class_name for_type constructors funcs = 
  instanceD (cxt [])
    (appT (conT class_name) for_type)
    (map func_def funcs) 
      where func_def (func_name, gen_func) 
                = funD func_name -- method name
                  -- generate function body for each constructor
                  (map (gen_clause gen_func) constructors)

Fungsi pembantu di atas.

-- Generate the pattern match and function body for a given method and
-- a given constructor. func_body is a function that generations the
-- function body
gen_clause :: (Constructor -> [ExpQ] -> ExpQ) -> Constructor -> ClauseQ
gen_clause func_body data_con@(con_name, components) = 
      -- create a parameter for each component of the constructor
   do vars <- mapM var components
      -- function (unnamed) that pattern matches the constructor 
      -- mapping each component to a value.
      (clause [(conP con_name (map varP vars))]
            (normalB (func_body data_con (map varE vars))) [])
       -- create a unique name for each component. 
       where var (_, typ) 
                 = newName 
                   $ case typ of 
                     (ConT name) -> toL $ nameBase name
                     otherwise   -> "parm"
               where toL (x:y) = (toLower x):y

unCapalize :: [Char] -> [Char]
unCapalize (x:y) = (toLower x):y

Dan beberapa kode helper yang dipinjam diambil dari Syb III / replib 0.2.

typeInfo :: DecQ -> Q (Name, [Name], [(Name, Int)], [(Name, [(Maybe Name, Type)])])
typeInfo m =
     do d <- m
        case d of
           d@(DataD _ _ _ _ _) ->
            return $ (simpleName $ name d, paramsA d, consA d, termsA d)
           d@(NewtypeD _ _ _ _ _) ->
            return $ (simpleName $ name d, paramsA d, consA d, termsA d)
           _ -> error ("derive: not a data type declaration: " ++ show d)

     where
        consA (DataD _ _ _ cs _)    = map conA cs
        consA (NewtypeD _ _ _ c _)  = [ conA c ]

        {- This part no longer works on 7.6.3
        paramsA (DataD _ _ ps _ _) = ps
        paramsA (NewtypeD _ _ ps _ _) = ps
        -}

        -- Use this on more recent GHC rather than the above
        paramsA (DataD _ _ ps _ _) = map nameFromTyVar ps
        paramsA (NewtypeD _ _ ps _ _) = map nameFromTyVar ps

        nameFromTyVar (PlainTV a) = a
        nameFromTyVar (KindedTV a _) = a


        termsA (DataD _ _ _ cs _) = map termA cs
        termsA (NewtypeD _ _ _ c _) = [ termA c ]

        termA (NormalC c xs)        = (c, map (\x -> (Nothing, snd x)) xs)
        termA (RecC c xs)           = (c, map (\(n, _, t) -> (Just $ simpleName n, t)) xs)
        termA (InfixC t1 c t2)      = (c, [(Nothing, snd t1), (Nothing, snd t2)])

        conA (NormalC c xs)         = (simpleName c, length xs)
        conA (RecC c xs)            = (simpleName c, length xs)
        conA (InfixC _ c _)         = (simpleName c, 2)

        name (DataD _ n _ _ _)      = n
        name (NewtypeD _ n _ _ _)   = n
        name d                      = error $ show d

simpleName :: Name -> Name
simpleName nm =
   let s = nameBase nm
   in case dropWhile (/=':') s of
        []          -> mkName s
        _:[]        -> mkName s
        _:t         -> mkName t