Jak działa wyprowadzanie w Haskell?

Algebraiczne typy danych (ADTS) w Haskell może automatycznie stają się przypadki niektóre typeclasse s (jakShow,Eq) poprzez wynikające z nich.

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

Moje pytanie brzmi: jak to derivingdziała, tj. Skąd Haskell wie, jak zaimplementować funkcje wyprowadzonej typeklasy dla wyprowadzającego ADT?

Ponadto, dlaczego derivingogranicza się tylko do niektórych typeklas? Dlaczego nie mogę napisać własnej typeklasy, którą można wyprowadzić?

Krótka odpowiedź brzmi: magia :-). Oznacza to, że automatyczne wyprowadzanie jest wbudowane w specyfikację Haskella i każdy kompilator może zaimplementować je na swój własny sposób. Jest jednak dużo pracy nad tym, jak uczynić go rozszerzalnym.

Derive to narzędzie dla Haskella, które pozwala ci pisać własne mechanizmy wyprowadzania.

GHC zapewniało dające się wyprowadzić rozszerzenie klasy typu o nazwie Generic Classes , ale było rzadko używane, ponieważ było dość słabe. Zostało to teraz usunięte i trwają prace nad integracją nowego generycznego mechanizmu wyprowadzania, jak opisano w tym artykule: http://www.dreixel.net/research/pdf/gdmh.pdf

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz:

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

Z raportu Haskell 98:

Jedyne klasy w Prelude, dla których dozwolone są wystąpienia pochodne, to Eq, Ord, Enum, Bounded, Show i Read ...

Oto opis sposobu wyprowadzenia tych klas typów: http://www.haskell.org/onlinereport/derived.html#derived-appendix

Możliwe jest użycie Template Haskell do generowania deklaracji instancji w podobny sposób do klauzul pochodnych.

Poniższy przykład został bezwstydnie skradziony z Haskell Wiki :

W tym przykładzie używamy następującego kodu Haskella

$(gen_render ''Body)

aby utworzyć następującą instancję:

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

Powyższa funkcja gen_renderjest zdefiniowana w następujący sposób. (Zauważ, że ten kod musi znajdować się w oddzielnym module od powyższego użycia).

-- 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))

Który wykorzystuje następujące funkcje i typy.

Najpierw kilka synonimów typów, aby kod był bardziej czytelny.

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)]

Główna funkcja wielokrotnego użytku. Przekazujemy mu listę funkcji do generowania funkcji instancji.

-- 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)

Funkcja pomocnicza powyższego.

-- 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

I trochę pożyczonego kodu pomocniczego pobranego z 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