Haskell学习笔记--类型推导

Haskell类型推导

a = a + 1

在命令式编程的时代,区分一个人是否能学会编程的关键是看他能否理解a=a+1这个违反自然规律的表达式,在函数式编程里,这个金丝雀测试变成了能否推导出下面这个函数的类型。

f = const id
--const及id是prelude库的库函数
--const的作用是对于给定的两个参数,返回第一个参数,const的类型信息如下
const :: a->b->a
--id的作用是,输入任意值,返回这个给定的值,id的类型信息如下
id :: a->a

预备知识

柯里化

对于一个有n个参数的函数,给定第一个参数,将返回一个结果是n-1个参数的函数。那些没有给出所有参数的函数应用被称为函数的不完全应用(partitial application,有时候译为偏函数调用)。而所生成的函数,就是柯里化函数。

Haskell中函数的结合顺序是左结合

f = const id

类型推导

const的类型是a->b->a,是一个有两个参数的函数,const id是对const的不完全应用,按照柯里化的定义,它会返回一个一元函数,函数的返回值类型就是函数id的类型,a->a。由此推导出f的类型: b->(a->a)。

f :: b->(a->a)

b->a->a与b->(a->a)是同一类型

我们对b->a->a进行柯里化,只应用第一个参数b,则返回一个参数为a,返回值为a的函数,也就是(a->a)。因此,b->a->a与b->(a->a)是同一类型。也就是说最右边的最外层括号是可以去掉的。

f :: b->a->a

lambda演算

const id a b
运用const id a,返回函数id
运用id b,返回b
由此也可以推导出const id的类型为:b->a->a

baby step

f = const const

const :: a->b->a
f = const const

函数是左结合的,函数f是对第一个const进行柯里化,返回一个b->a的函数。而这里的a是const,它的类型是a->b->a。因此,f的类型为:

f::c->(a->b->a)
--等价方式
f::c->a->b->a

问题来了

f = const const

const的类型是a->b->a,对左边的const做柯里化,变成了一个参数类型被b,返回值类型为a的函数,其中a被指定为const,类型为a->b->a。
那么问题来了,为什么f的类型不是b->a->b->a呢?
原因在于a和b都是类型变量,每一次对const的应用,a和b可能代表不同的类型。也就是说左边const函数的参数b的类型与右边const的b的类型不一定相同,区别起见,分别用b和b1代表这两个类型。

one more step

x0 :: t1 -> t2 -> (t1 -> t2 -> t) -> t
x0 = \x y z -> z x y
x1 = \y-> x0 y y
x2 = \y-> x1 $ x1 y

x1的类型推导

x1 = \y-> x0 y y,x1对三元函数x0做了两个参数的部分应用,返回的是一个参数类型为(t1 -> t2 -> t),返回值为t的函数。x1的参数是y,用同一个参数作为t1和t2来部分应用x0,因此t1、t2必须有相同的类型,都是y的类型。把y的类型指定为t1,则x1的类型为:

x0 = \x y z -> z x y
x1 = \y -> x0 y y
x1 :: t1->(t1->t1->t)->t

x2的类型推导

x2 = \y -> x1 $ x1 y
x2的参数是y,由于$的作用,首先对计算右边的x1 y,即用y对x1做局部应用。记y的类型为t2,x1 y返回的柯里化函数类型是:(t2->t2->t)->t,为后文描述方便,记为函数f。
接下来对左边的x1做柯里化,x1的第一个参数的类型就是函数f的类型。注意x2对x1做了两次应用,两次应用中t的类型有可能是不一样的,为了避免混淆,做alpha替换记f的类型为:(t2->t2->t1)->t1。
用f作为t1对x1做柯里化,返回一个入参是类型是(t2->t2->t1)->t1)->((t2->t2->t1)->t1)->t,返回值类型为t的函数。
因此,x2的类型为:

x2 ::
  t2
  -> (((t2 -> t2 -> t1) -> t1) -> ((t2 -> t2 -> t1) -> t1) 
   -> t) 
-> t


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