Haskell

Haskell ( / ˈ h æ s k əl / ^{[ 25 ]} ) es un lenguaje de programación funcional puro , de propósito general y con tipado estático , con inferencia de tipos y evaluación perezosa . ^{[ 26 ] [ 27 ]} Haskell fue pionero en varias características de lenguajes de programación, incluyendo clases de tipos para sobrecarga de operadores con seguridad de tipos y entrada/salida (E/S) monádica . Recibe su nombre del lógico Haskell Curry . ^{[ 1 ]} La implementación principal de Haskell es el Glasgow Haskell Compiler (GHC).

La semántica de Haskell se basa históricamente en la del lenguaje de programación Miranda , que sirvió para enfocar los esfuerzos del grupo de trabajo inicial de Haskell. ^{[ 28 ]} La última especificación formal del lenguaje se realizó en julio de 2010, mientras que el desarrollo de GHC continúa expandiendo Haskell a través de extensiones del lenguaje.

Haskell se utiliza en el ámbito académico y en la industria. ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} A mayo de 2021 Haskell fue el 28.º lenguaje de programación más popular según las búsquedas de tutoriales en Google , ^{[ 32 ]} y representó menos del 1 % de los usuarios activos en el repositorio de código fuente de GitHub . ^{[ 33 ]}

Tras el lanzamiento de Miranda por Research Software Ltd. en 1985, creció el interés por los lenguajes funcionales perezosos. Para 1987, existían más de una docena de lenguajes de programación puramente funcionales no estrictos . Miranda era el más utilizado, pero era software propietario . En la conferencia sobre Lenguajes de Programación Funcionales y Arquitectura de Computadoras (FPCA '87) en Portland, Oregón , hubo un fuerte consenso sobre la necesidad de formar un comité para definir un estándar abierto para dichos lenguajes. El propósito del comité era consolidar los lenguajes funcionales existentes en uno común que sirviera de base para futuras investigaciones en el diseño de lenguajes funcionales. ^{[ 34 ]}

Haskell 1.0 a 1.4

Haskell fue desarrollado por un comité, que intentó reunir soluciones ya existentes siempre que fuera posible.

Las clases de tipos fueron propuestas por primera vez por Philip Wadler y Stephen Blott para abordar el manejo ad hoc de los tipos de igualdad y la sobrecarga aritmética en los lenguajes de la época. ^{[ 35 ]}

En las primeras versiones de Haskell, hasta la versión 1.2 inclusive, la interacción del usuario y la entrada/salida (E/S) se manejaban mediante mecanismos basados ​​en flujos y en continuaciones , que se consideraban ampliamente insatisfactorios. ^{[ 36 ]} En la versión 1.3, se introdujo la E/S monádica , junto con la generalización de las clases de tipos a tipos superiores ( constructores de tipos ). Junto con la notación "do", que proporciona azúcar sintáctico para la Monadclase de tipo, esto le dio a Haskell un sistema de efectos que mantenía la transparencia referencial y era conveniente.

Otro cambio notable en las primeras versiones fue el traslado de la operación de " evaluación secuencialseq " (que crea una dependencia de datos entre valores y se utiliza en lenguajes perezosos para evitar un consumo excesivo de memoria) de una clase de tipo a una función estándar para facilitar la refactorización.

La primera versión de Haskell ("Haskell 1.0") se definió en 1990. ^{[ 1 ]} Los esfuerzos del comité dieron como resultado una serie de definiciones de lenguaje (1.0, 1.1, 1.2, 1.3 y 1.4).

Haskell incluye evaluación perezosa , expresiones lambda , coincidencia de patrones , comprensión de listas , clases de tipos y polimorfismo de tipos . Es un lenguaje de programación puramente funcional , lo que significa que las funciones generalmente no tienen efectos secundarios . Existe una construcción específica para representar los efectos secundarios, independiente del tipo de función. Una función pura puede devolver un efecto secundario que se ejecuta posteriormente, modelando las funciones impuras de otros lenguajes.

Haskell posee un sistema de tipos estático y robusto basado en la inferencia de tipos de Hindley-Milner . Su principal innovación en este ámbito son las clases de tipos, concebidas originalmente como una forma sistemática de añadir sobrecarga al lenguaje, ^{[ 41 ]} pero que desde entonces han encontrado muchos más usos. ^{[ 42 ]}

La estructura que representa los efectos secundarios es un ejemplo de mónada : un marco general que puede modelar diversos cálculos, como el manejo de errores, el no determinismo , el análisis sintáctico y la memoria transaccional de software . Se definen como tipos de datos ordinarios, pero Haskell proporciona una sintaxis simplificada para su uso.

Haskell cuenta con una especificación abierta y publicada ^{[ 27 ]} , y existen múltiples implementaciones . Su implementación principal, el Glasgow Haskell Compiler (GHC), es tanto un intérprete como un compilador de código nativo que se ejecuta en la mayoría de las plataformas. GHC destaca por su rico sistema de tipos, que incorpora innovaciones recientes como tipos de datos algebraicos generalizados y familias de tipos. El Computer Language Benchmarks Game también resalta su implementación de alto rendimiento de concurrencia y paralelismo ^{[ 43 ]} .

Existe una comunidad activa y en crecimiento en torno al lenguaje, y más de 5400 bibliotecas y herramientas de código abierto de terceros están disponibles en el repositorio de paquetes en línea Hackage . ^{[ 44 ]}

Un programa "¡Hola, mundo!" en Haskell (solo la última línea es estrictamente necesaria):

módulo Main ( main ) donde -- no es necesario en el intérprete, es el valor predeterminado en un archivo de módulomain :: IO () -- el compilador puede inferir esta definición de tipo main = putStrLn "¡Hola, mundo!"

La función factorial en Haskell, definida de varias maneras diferentes (la primera línea es la anotación de tipo , que es opcional y es la misma para cada implementación):

factorial :: ( Integral a ) => a -> a-- Usando recursión (con la expresión "ifthenelse") factorial n = if n < 2 then 1 else n * factorial ( n - 1 )-- Usando recursión (con coincidencia de patrones) factorial 0 = 1 factorial n = n * factorial ( n - 1 )-- Usando recursión (con condiciones) factorial n | n < 2 = 1 | en otro caso = n * factorial ( n - 1 )-- Usando una lista y la función "producto" factorial n = producto [ 1 .. n ]-- Usando fold (implementa "producto") factorial n = foldl ( * ) 1 [ 1 .. n ]-- Factorial de estilo sin puntos = foldr ( * ) 1 . enumFromTo 1

El uso del combinador de punto fijo de Haskell permite escribir esta función sin ninguna recursión explícita.

import Data.Function ( fix )factorial = fijar fac donde fac f x | x < 2 = 1 | en otro caso = x * f ( x - 1 )

Como el tipo Integer tiene precisión arbitraria , este código calculará valores como factorial 100000(un número de 456.574 dígitos), sin pérdida de precisión.

Implementación de un algoritmo similar al de ordenación rápida sobre listas, donde el primer elemento se toma como pivote:

-- Anotación de tipo (opcional, igual para cada implementación) quickSort :: Ord a => [ a ] ​​-> [ a ]-- Usando comprensiones de listas quickSort [] = [] -- La lista vacía ya está ordenada quickSort ( x : xs ) = quickSort [ a | a <- xs , a < x ] -- Ordenar la parte izquierda de la lista ++ [ x ] ++ -- Insertar pivote entre dos partes ordenadas quickSort [ a | a <- xs , a >= x ] -- Ordenar la parte derecha de la lista-- Usando el filtro quickSort [] = [] quickSort ( x : xs ) = quickSort ( filter ( < x ) xs ) ++ [ x ] ++ quickSort ( filter ( >= x ) xs )

Todas las implementaciones enumeradas se distribuyen bajo licencias de código abierto . ^{[ 45 ]}

Entre las implementaciones que cumplen total o casi totalmente con el estándar Haskell 98 se incluyen:

• El compilador Glasgow Haskell (GHC) compila a código nativo en muchas arquitecturas de procesador diferentes, y a ANSI C , a través de uno de dos lenguajes intermedios : C-- , o en versiones más recientes, bitcode LLVM (anteriormente Low Level Virtual Machine). ^{[ 46 ] [ 47 ]} GHC se ha convertido en el dialecto Haskell estándar de facto . ^{[ 48 ]} Hay bibliotecas (por ejemplo, enlaces a OpenGL ) que funcionan solo con GHC. GHC también se distribuyó con la plataforma Haskell . GHC presenta un entorno de ejecución asíncrono que también programa hilos en múltiples núcleos de CPU similar al entorno de ejecución de Go .
• Jhc, un compilador de Haskell escrito por John Meacham, hace hincapié en la velocidad y la eficiencia de los programas generados, así como en la exploración de nuevas transformaciones de programas.
  • Ajhc es una bifurcación de Jhc.
• El compilador Haskell de Utrecht (UHC) es una implementación de Haskell de la Universidad de Utrecht . ^{[ 49 ]} Admite casi todas las características de Haskell 98, además de numerosas extensiones experimentales. Está implementado mediante gramáticas de atributos y se utiliza principalmente para la investigación de sistemas de tipos generados y extensiones del lenguaje.

Las implementaciones que ya no reciben mantenimiento activo incluyen:

• El sistema Gofer para usuarios de Haskell ( Hugs ) es un intérprete de código de bytes . En su momento fue una de las implementaciones más utilizadas, junto con el compilador GHC, ^{[ 50 ]} pero ahora ha sido reemplazado en gran medida por GHCi. También incluye una biblioteca gráfica.
• HBC es una implementación temprana compatible con Haskell 1.4. Fue implementada por Lennart Augustsson en Lazy ML y se basa en él . No se ha desarrollado activamente desde hace algún tiempo.
• nhc98 es un compilador de código de bytes que se centra en minimizar el uso de memoria.
  • El compilador York Haskell ( Yhc ) era una bifurcación de nhc98, con el objetivo de ser más simple, más portátil y más eficiente, e integrar soporte para Hat, el rastreador de Haskell. También tenía un backend de JavaScript , lo que permitía a los usuarios ejecutar programas Haskell en navegadores web .

Las implementaciones que no cumplen totalmente con Haskell 98 y que utilizan una variante del lenguaje Haskell incluyen:

• Eta y Frege son dialectos de Haskell que tienen como objetivo la máquina virtual de Java .
• Gofer es un dialecto didáctico de Haskell, con una característica llamada clases constructoras , desarrollado por Mark Jones. Ha sido reemplazado por el sistema Gofer de usuarios de Haskell (Hugs).
• Helium, un dialecto más reciente de Haskell. Su objetivo es facilitar el aprendizaje mediante mensajes de error más claros, desactivando las clases de tipos por defecto.

• Agda es un asistente de pruebas escrito en Haskell. ^{[ 51 ]}
• Cabal es una herramienta para construir y empaquetar bibliotecas y programas de Haskell. ^{[ 52 ]}
• Darcs es un sistema de control de versiones escrito en Haskell, con varias características innovadoras, como un control más preciso de los parches que se deben aplicar.
• Glasgow Haskell Compiler (GHC) también se utiliza con frecuencia como banco de pruebas para características avanzadas de programación funcional y optimizaciones en otros lenguajes de programación.
• Git-annex es una herramienta para gestionar archivos de datos (grandes) bajo el control de versiones de Git . También proporciona un sistema de sincronización de archivos distribuido (git-annex assistant).
• Linspire Linux eligió Haskell para el desarrollo de herramientas del sistema. ^{[ 53 ]}
• Pandoc es una herramienta para convertir un formato de marcado en otro.
• Pugs es un compilador e intérprete para el lenguaje de programación que entonces se llamaba Perl 6, pero que desde entonces ha sido renombrado como Raku .
• TidalCycles es un lenguaje de dominio especial para la codificación en vivo de patrones musicales, integrado en Haskell. ^{[ 54 ]}
• Xmonad es un gestor de ventanas para el sistema X Window , escrito completamente en Haskell. ^{[ 55 ]}
• GarganText ^{[ 56 ]} es una herramienta colaborativa para mapear textos de análisis semántico en cualquier navegador web , escrita completamente en Haskell y PureScript , que se utiliza, por ejemplo, en la comunidad de investigación para elaborar informes y hojas de ruta de vanguardia. ^{[ 57 ]}

Jan-Willem Maessen, en 2002, y Simon Peyton Jones , en 2003, analizaron los problemas asociados con la evaluación perezosa, reconociendo también los motivos teóricos para la misma. ^{[ 69 ] [ 70 ]} Además de consideraciones puramente prácticas como la mejora del rendimiento, ^{[ 71 ]} señalan que la evaluación perezosa dificulta que los programadores razonen sobre el rendimiento de su código (en particular, su uso de espacio).

Bastiaan Heeren, Daan Leijen y Arjan van IJzendoorn también observaron en 2003 algunos obstáculos para los aprendices de Haskell: «La sutil sintaxis y el sofisticado sistema de tipos de Haskell son un arma de doble filo: muy apreciados por los programadores experimentados, pero también una fuente de frustración entre los principiantes, ya que la generalidad de Haskell a menudo conduce a mensajes de error crípticos». ^{[ 72 ]} Para abordar los mensajes de error, investigadores de la Universidad de Utrecht desarrollaron un intérprete avanzado llamado Helium, que mejoró la facilidad de uso de los mensajes de error al limitar la generalidad de algunas características de Haskell. En particular, desactiva las clases de tipos por defecto. ^{[ 73 ]}

Ben Lippmeier diseñó Disciple ^{[ 74 ]} como un dialecto de Haskell estricto por defecto (perezoso por anotación explícita) con un sistema de tipos y efectos, para abordar las dificultades de Haskell en el razonamiento sobre la evaluación perezosa y en el uso de estructuras de datos tradicionales como los arreglos mutables. ^{[ 75 ]} Argumenta (p.  20) que "la actualización destructiva proporciona al programador dos herramientas importantes y poderosas... un conjunto de estructuras de datos eficientes similares a arreglos para gestionar colecciones de objetos, y... la capacidad de difundir un nuevo valor a todas las partes de un programa con una carga mínima para el programador".

Robert Harper , uno de los autores de Standard ML , ha expuesto sus razones para no utilizar Haskell en la enseñanza de la programación introductoria. Entre ellas se encuentran la dificultad de razonar sobre el uso de recursos con evaluación no estricta, que la evaluación perezosa complica la definición de tipos de datos y el razonamiento inductivo, ^{[ 76 ]} y la "inferioridad" del sistema de clases (antiguo) de Haskell en comparación con el sistema de módulos de ML. ^{[ 77 ]}

La herramienta de compilación de Haskell, Cabal , ha sido criticada históricamente por su deficiente manejo de múltiples versiones de una misma biblioteca, un problema conocido como "el infierno de Cabal". El servidor Stackage y la herramienta de compilación Stack se crearon en respuesta a estas críticas. ^{[ 78 ]} Desde entonces, Cabal ha abordado este problema tomando prestadas ideas del gestor de paquetes Nix , ^{[ 79 ]} y este nuevo enfoque se convirtió en el predeterminado en 2019.

Clean es un pariente cercano, aunque algo más antiguo, de Haskell. Su mayor diferencia con Haskell radica en el uso de tipos de unicidad en lugar de mónadas para la entrada/salida (E/S) y los efectos secundarios.

Se han desarrollado una serie de lenguajes inspirados en Haskell, pero con diferentes sistemas de tipos, entre los que se incluyen:

• Agda , un lenguaje funcional con tipos dependientes .
• Cayenne , con tipos dependientes.
• Elm , un lenguaje funcional para crear aplicaciones web front-end, no admite clases o instancias de tipos definidos por el usuario o de orden superior .
• Epigram , un lenguaje funcional con tipos dependientes adecuado para demostrar propiedades de programas.
• Idris , un lenguaje funcional de propósito general con tipos dependientes, desarrollado en la Universidad de St Andrews .
• PureScript se transpila a JavaScript.
• Ωmega , un lenguaje estricto que permite la introducción de nuevos tipos y la programación a nivel de tipos.

Otros idiomas relacionados incluyen:

• Curry , un lenguaje de programación funcional/lógica basado en Haskell.

Entre las variantes más destacadas de Haskell se incluyen:

• Haskell genérico , una versión de Haskell con soporte para sistema de tipos para programación genérica .
• Hume , un lenguaje funcional estricto para sistemas embebidos basado en procesos como autómatas sin estado sobre una especie de tuplas de canales de buzón de un elemento donde el estado se mantiene mediante retroalimentación a los buzones, y una descripción de mapeo de salidas a canales como cableado de cajas, con un lenguaje de expresiones y una sintaxis similares a Haskell.

Los eventos de Haskell se han celebrado regularmente de forma concurrente con la Conferencia Internacional sobre Programación Funcional (ICFP), incluyendo talleres como el Simposio de Haskell (anteriormente Taller de Haskell) y Usuarios Comerciales de Programación Funcional. ^{[ 80 ]} Otros eventos incluyen el Taller de Implementadores de Haskell, ^{[ 81 ]} ZuriHac en Zúrich , ^{[ 82 ]} y Hac: El Hackathon de Haskell. ^{[ 83 ]}

• Rosetta-lang

Informes

• Peyton Jones, Simon , ed. (2003). Haskell 98 Language and Libraries: The Revised Report . Cambridge University Press. ISBN 978-0521826143.
• Marlow, Simon , ed. (2010). Informe del lenguaje Haskell 2010 (PDF) . Haskell.org.

Libros de texto

• Davie, Antony (1992). Introducción a los sistemas de programación funcional con Haskell . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-25830-2.
• Bird, Richard (1998). Introducción a la programación funcional con Haskell (2.ª  ed.). Prentice Hall Press. ISBN 978-0-13-484346-9.
• Hudak, Paul (2000). La escuela de expresión de Haskell: Aprendizaje de programación funcional a través de multimedia . Nueva York: Cambridge University Press. ISBN 978-0521643382.
• Hutton, Graham (2007). Programación en Haskell . Cambridge University Press. ISBN 978-0521692694.
• O'Sullivan, Bryan; Stewart, Don; Goerzen, John (2008). Real World Haskell . Sebastopol: O'Reilly. ISBN 978-0-596-51498-3.Haskell del mundo real (texto completo).
• Thompson, Simon (2011). Haskell: El arte de la programación funcional (3.ª  ed.). Addison-Wesley. ISBN 978-0201882957.
• Lipovača, Miran (abril de 2011). ¡Aprende Haskell para un gran bien! San Francisco: No Starch Press. ISBN 978-1-59327-283-8.( texto completo )
• Bird, Richard (2014). Pensamiento funcional con Haskell . Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-45264-0.
• Bird, Richard ; Gibbons, Jeremy (julio de 2020). Diseño de algoritmos con Haskell . Cambridge University Press. ISBN 978-1-108-49161-7.

Tutoriales

• Hudak, Paul ; Peterson, John; Fasel, Joseph (junio de 2000). "Una introducción sencilla a Haskell, versión 98" . Haskell.org .
• ¡Aprende Haskell para un bien mayor! - Una versión comunitaria ( learnyouahaskell.github.io ) . Una versión actualizada y mantenida por la comunidad de la reconocida guía "Learn You a Haskell" (LYAH).
• Daumé, Hal III. Otro tutorial más de Haskell (PDF) .Presupone muchos menos conocimientos previos que el tutorial oficial.
• Yorgey, Brent (12 de marzo de 2009). "The Typeclassopedia" (PDF) . The Monad.Reader (13): 17–68 .
• Maguire, Sandy (2018). Pensando con tipos: Programación a nivel de tipos en Haskell .

Historia

• Hudak, Paul ; Hughes, John ; Peyton Jones, Simon ; Wadler, Philip (2007). «Una historia de Haskell» (PDF) . Actas de la tercera conferencia ACM SIGPLAN sobre la historia de los lenguajes de programación . págs.  12-1-55. doi : 10.1145/1238844.1238856 . ISBN 978-1-59593-766-7. S2CID 52847907 . 
• Hamilton, Naomi (19 de septiembre de 2008). "El AZ de los lenguajes de programación: Haskell" . Computerworld .

• Sitio web oficial