Охрана и локальные переменные

Как было показано в третьей лекции, охрана и локальные переменные используются в фун­к­циональном программировании исключительно для простоты записи и понимания тек­стов программ. Haskell не обошёл своим вниманием и этот аспект, в его синтаксисе име­ются специальные средства, которые позволяют организовывать охрану и ис­поль­зо­вать локальные переменные.

Если возникла необходимость определить какую-либо функцию с использованием ме­ха­низма охраны, то для этой цели необходимо использовать символ вертикальной черты " | " :

sign x | x > 0 = 1

| x == 0 = 0

| x < 0 = -1

Функция sign в предыдущем примере использует три охраняющие конструкции, каждая из которых отделена вертикальной чертой от предыдущего определения. В принципе, та­ких охраняющих конструкций может быть неограниченное количество. Их разбор идёт, ес­тественно, сверху вниз, и если существует непустое пересечение в определении охраны, то сработает та конструкция, которая находится раньше (выше) в записи определения фун­кции.

Для того чтобы облегчить написание программ, сделать их более читабельными и прос­тыми для понимания в том случае, когда в каком-либо определении функции за­пи­са­но большое количество клозов, в Haskell’е существует ключевое слово "case". При по­мо­щи этого слова можно не записывать клозы определения функций так, как это принято в "чистом" функциональном программировании, а несколько сократить запись. Вот общий вид определения функций с ключевым словом "case":

Function X₁ X₂ ... X_k = case (X₁, X₂, ..., X_k) of

(P₁₁, P₂₁, ..., P_k1) ® Expression₁

...

(P_1n, P_2n, ..., P_kn) ® Expression_n

В приведенном выше описании жирным шрифтом выделены служебные слова и сим­во­лы языка.

Так функция, которая возвращает список из первых n элементов заданного списка, мо­жет быть определена следующим образом при помощи служебного слова "case":

takeFirst n l = case (n, l) of

(0, _) -> []

(_, []) -> []

(n, (x:xs)) -> (x) : (takeFirst (n – 1) xs)

И такая запись будет полностью эквивалентна обычному определению функции:

takeFirst 0 _ = []

takeFirst _ [] = []

takeFirst n (x:xs) = (x) : (takeFirst (n – 1) xs)

Пришло время объяснить понятие маски подстановки. В Haskell’е маску обозначают сим­волом нижней черты " _ " (абсолютно так же, как и в Prolog’е). Этот символ заменяет лю­бой образец и является своего рода анонимной переменной. Если в выражении клоза нет необходимости использования переменной образца, то её можно заменить маской под­с­тановки. При этом, естественно, происходят отложенные вычисления — то выражение, ко­торое может быть подставлено вместо маски, не вычисляется.

Другим способом использования охраняющих конструкций является использование кон­струкции "if-then-else". В Haskell’е реализована и эта возможность. Формально, эта кон­струкция может быть легко трансформирована в выражение с использованием слу­жеб­но­го слова "case". Можно даже считать, что выражение:

if Exp1 then Exp2 else Exp3

Является сокращением выражения:

case (Exp1) of

(True) -> Exp2

(False) -> Exp3

Естественно, что тип Exp1 должен быть Bool, а типы выражений Exp2 и Exp3 совпадать (ведь именно значения этих выражений будет возвращено оп­ре­де­ля­емой через конструкцию "if-then-else" функцией).

Для использования локальных переменных (в смысле функциональной парадигмы прог­раммирования) в Haskell’е существует два типа записи. Первый тип полностью со­от­вет­ствует математической нотации, введенной в третьей лекции:

let y = a * b

f x = (x + y) / y

in f c + f d

Другим способом определения локальной переменной является её описание после ис­поль­зования. В этом случае используется служебное слово "where", которое ставится в кон­це выражения:

f x y | y > z = y – z

| y == z = 0

| y < z = z – y

where z = x * x

Видно, что Haskell поддерживает два способа записи определения ло­каль­ных переменных — префиксный (при помощи служебного слова "let") и пос­т­фик­с­ный (при помощи служебного слова "where"). Оба способа являются равнозначными, их упот­ребление зависит только от наклонностей программиста. Однако обычно пос­т­фик­с­ный способ записи используется в выражениях, где также есть охрана, в то время как пре­фик­сный способ записи используется в остальных случаях.