Haskell

Haskell ( / ˈ h æ s k əl / ^{[ 25 ]} ) は、型推論と遅延評価を備えた、汎用的で静的型付けの純粋関数型プログラミング言語です。^{[ 26 ] [ 27 ]} Haskell は、型安全な演算子オーバーロードのための型クラスやモナド入出力(IO)など、いくつかのプログラミング言語機能を先駆けて導入しました。論理学者のHaskell Curryにちなんで名付けられました。^{[ 1 ]} Haskell の主な実装は、グラスゴー Haskell コンパイラ(GHC) です。

Haskellのセマンティクスは、歴史的にMirandaプログラミング言語のセマンティクスに基づいており、初期のHaskellワーキンググループの取り組みを集中させるのに役立ちました。^{[ 28 ]}この言語の最後の正式な仕様は2010年7月に作成されましたが、GHCの開発は言語拡張を通じてHaskellを拡張し続けています。

Haskellは学術界と産業界で利用されている。^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} 2021年5月現在 Haskellは、チュートリアルに関するGoogle検索では28番目に人気のあるプログラミング言語であり^{[ 32 ]} 、 GitHubソースコードリポジトリ のアクティブユーザーの1%未満を占めていました^{[ 33 ] 。}

1985年にResearch Software Ltd.がMirandaをリリースした後、遅延評価関数型言語への関心が高まった。1987年までに、12種類以上の非厳密な純粋関数型プログラミング言語が存在した。Mirandaは最も広く使われていたが、プロプライエタリソフトウェアだった。オレゴン州ポートランドで開催された関数型プログラミング言語とコンピュータアーキテクチャに関する会議（FPCA '87）では、そのような言語のオープンスタンダードを定義するための委員会を設立すべきだという強い合意が得られた。委員会の目的は、既存の関数型言語を共通のものに統合し、関数型言語設計の将来の研究の基礎とすることだった。^{[ 34 ]}

Haskell 1.0～1.4

Haskellは委員会によって開発され、可能な限り既製のソリューションを統合しようと試みられた。

型クラスは、当時言語における等価型と算術オーバーロードの場当たり的な処理に対処するために、フィリップ・ワドラーとスティーブン・ブロットによって最初に提案されました。 ^{[ 35 ]}

Haskellの初期バージョン（バージョン1.2まで）では、ユーザーとのやり取りと入出力（IO）は、ストリームベースと継続ベースの両方のメカニズムで処理されていましたが、これらは広く不十分だと考えられていました。^{[ 36 ]}バージョン1.3では、モナドIOが導入され、型クラスが高次の型（型コンストラクタ）に一般化されました。型クラスの構文糖衣を提供する「do記法」と合わせて、MonadこれによりHaskellは参照透過性を維持し、便利な効果システムを手に入れました。

初期バージョンにおけるもう1つの注目すべき変更点は、「逐次評価」操作seq（値間のデータ依存関係を作成し、遅延評価言語で過剰なメモリ消費を回避するために使用される）を型クラスから標準関数に移動して、リファクタリングをより実用的にしたことです。

Haskellの最初のバージョン（「Haskell 1.0」）は1990年に定義されました。^{[ 1 ]}委員会の努力の結果、一連の言語定義（1.0、1.1、1.2、1.3、および1.4）が作成されました。

Haskellは、遅延評価、ラムダ式、パターンマッチング、リスト内包表記、型クラス、型多相性といった機能を備えています。純粋関数型プログラミング言語であり、関数は一般的に副作用を持ちません。副作用を表すための独自の構造が存在し、これは関数の型とは直交しています。純粋関数は、他の言語の不純関数をモデル化するように、後続で実行される副作用を返すことができます。

Haskell は、 Hindley–Milner 型推論に基づく強力な静的型システムを備えています。この分野における Haskell の主な革新は型クラスであり、元々は言語にオーバーロードを追加するための原理的な方法として考案されましたが、 ^{[ 41 ]}その後、さらに多くの用途が見出されました。^{[ 42 ]}

副作用を表す構成要素はモナドの一例です。モナドとは、エラー処理、非決定性、構文解析、ソフトウェアのトランザクションメモリなど、さまざまな計算をモデル化できる汎用的なフレームワークです。これらは通常のデータ型として定義されますが、Haskellではそれらを使用するための構文糖衣が提供されています。

Haskellには公開された仕様があり、^{[ 27 ]}複数の実装が存在します。その主要な実装であるグラスゴーHaskellコンパイラ（GHC）は、ほとんどのプラットフォームで動作するインタプリタとネイティブコードコンパイラの両方です。GHCは、一般化代数データ型や型ファミリーなどの最近のイノベーションを取り入れた豊富な型システムで知られています。Computer Language Benchmarks Gameでは、並行処理と並列処理の高性能な実装も強調されています。^{[ 43 ]}

この言語には活発で成長を続けるコミュニティが存在し、オンラインパッケージリポジトリHackageには5,400以上のサードパーティのオープンソースライブラリとツールが利用可能です。^{[ 44 ]}

Haskellで書かれた「Hello, World!」プログラム（最後の行のみ必須）：

module Main ( main ) where -- インタプリタでは不要、モジュールファイルではデフォルトですmain :: IO () -- コンパイラはこの型定義を推論できますmain = putStrLn "Hello, World!"

Haskellにおける階乗関数は、いくつかの異なる方法で定義されています（最初の行は型注釈で、これは省略可能であり、どの実装でも同じです）。

階乗:: (積分a ) => a -> a-- 再帰（「ifthenelse」式を使用）のfactorial n = if n < 2 then 1 else n * factorial ( n - 1 )-- 再帰（パターンマッチングを使用）階乗0 = 1階乗n = n *階乗( n - 1 )-- 再帰（ガード付き）を使用factorial n | n < 2 = 1 | otherwise = n * factorial ( n - 1 )-- リストと「product」関数を使用するfactorial n = product [ 1 .. n ]-- fold（「product」を実装）を使用factorial n = foldl ( * ) 1 [ 1 .. n ]-- ポイントフリースタイルの階乗= foldr ( * ) 1 . enumFromTo 1

Haskellの固定小数点コンビネータを使用することで、この関数を明示的な再帰なしに記述できます。

import Data.Function ( fix )階乗= fix fac where fac f x | x < 2 = 1 | otherwise = x * f ( x - 1 )

Integer型は任意精度を持つため、このコードはfactorial 100000（456,574桁の数値）のような値を精度を失うことなく計算します。

リストに対するクイックソートに似たアルゴリズムの実装例。最初の要素をピボットとして使用する。

-- 型注釈 (オプション、各実装で同じ) quickSort :: Ord a => [ a ] -> [ a ]-- リスト内包表記を使用quickSort [] = [] -- 空のリストは既にソート済みquickSort ( x : xs ) = quickSort [ a | a <- xs , a < x ] -- リストの左側をソート++ [ x ] ++ -- 2 つのソート済み部分の間にピボットを挿入quickSort [ a | a <- xs , a >= x ] -- リストの右側をソート-- フィルタを使用したクイックソート[] = [] quickSort ( x : xs ) = quickSort ( filter ( < x ) xs ) ++ [ x ] ++ quickSort ( filter ( >= x ) xs )

リストされているすべての実装はオープンソースライセンスの下で配布されています。^{[ 45 ]}

Haskell 98規格に完全またはほぼ準拠している実装には、以下のようなものがあります。

• Glasgow Haskell Compiler (GHC) は、さまざまなプロセッサ アーキテクチャでネイティブ コードにコンパイルし、中間言語C--または最近のバージョンではLLVM (旧称 Low Level Virtual Machine) ビット コードのいずれかを介してANSI Cにコンパイルします。^{[ 46 ] [ 47 ]} GHC は事実上の標準 Haskell 方言になっています。 ^{[ 48 ]} GHC でのみ動作するライブラリ (たとえばOpenGLのバインディング) があります。GHC はHaskell プラットフォームとともに配布されました。GHC は、Go ランタイムと同様に、複数の CPU コアにスレッドをスケジュールする非同期ランタイムを備えています。
• John Meacham氏が作成したHaskellコンパイラであるJhcは、生成されるプログラムの速度と効率性、そして新しいプログラム変換の探求を重視している。
  • AjhcはJhcの派生版です。
• ユトレヒトHaskellコンパイラ（UHC）は、ユトレヒト大学によるHaskellの実装です。^{[ 49 ]}これは、Haskell 98のほぼすべての機能と多くの実験的な拡張機能をサポートしています。属性文法を使用して実装されており、主に生成型システムと言語拡張の研究に使用されています。

現在積極的にメンテナンスされていない実装には以下が含まれます。

• Haskell User's Gofer System ( Hugs ) はバイトコードインタプリタです。かつては GHC コンパイラ^{[ 50 ]}と並んで最も広く使われていた実装の一つでしたが、現在ではほとんど GHCi に置き換えられています。グラフィックライブラリも付属しています。
• HBCは、Haskell 1.4をサポートする初期の実装です。Lennart AugustssonによってLazy ML内で実装され、Lazy MLをベースにしています。しばらくの間、活発な開発は行われていません。
• nhc98は、メモリ使用量の最小化に重点を置いたバイトコードコンパイラです。
  • York Haskell Compiler ( Yhc ) は、nhc98 から派生したもので、よりシンプルで移植性が高く、効率的なコンパイラを目指し、Haskell トレーサーである Hat のサポートを統合しました。また、JavaScriptバックエンドを備えており、ユーザーはWeb ブラウザで Haskell プログラムを実行できます。

Haskell 98に完全に準拠しておらず、Haskellの派生言語を使用している実装には、以下のようなものがあります。

• EtaとFregeは、 Java仮想マシンを対象としたHaskellの方言です。
• Goferは、Mark Jonesによって開発された、コンストラクタクラスと呼ばれる機能を備えたHaskellの教育用方言です。現在はHaskell User's Gofer System（Hugs）に取って代わられています。
• Heliumは、Haskellの新しい方言です。型クラスをデフォルトで無効にすることで、より分かりやすいエラーメッセージを表示し、学習を容易にすることに重点を置いています。

• AgdaはHaskellで書かれた証明支援システムである。 ^{[ 51 ]}
• Cabalは、Haskellライブラリとプログラムを構築およびパッケージ化するためのツールです。 ^{[ 52 ]}
• DarcsはHaskellで書かれたバージョン管理システムで、適用するパッチをより正確に制御できるなど、いくつかの革新的な機能を備えています。
• グラスゴー・ハスケル・コンパイラ（GHC）は、他のプログラミング言語における高度な関数型プログラミング機能や最適化のテストベッドとしてもよく利用される。
• Git-annexは、 Gitバージョン管理システムで（大規模な）データファイルを管理するためのツールです。また、分散ファイル同期システム（git-annexアシスタント）も提供します。
• Linspire Linuxはシステムツール開発にHaskellを選択した。^{[ 53 ]}
• Pandocは、あるマークアップ形式を別のマークアップ形式に変換するツールです。
• Pugsは、当時Perl 6と呼ばれていたプログラミング言語（現在はRakuに改名）のコンパイラおよびインタプリタです。
• TidalCyclesは、Haskellに組み込まれた、音楽パターンをライブコーディングするためのドメイン特殊言語です。^{[ 54 ]}
• Xmonadは、 X Window System用のウィンドウマネージャであり、完全にHaskellで記述されています。^{[ 55 ]}
• GarganText ^{[ 56 ]}は、あらゆるウェブブラウザ上で意味解析テキストをマッピングするための共同作業ツールであり、Haskell とPureScriptで完全に記述されており、例えば研究コミュニティで最先端のレポートやロードマップを作成するために使用されています。^{[ 57 ]}

2002年にJan-Willem Maessen、2003年にSimon Peyton Jonesは、遅延評価に関連する問題について議論するとともに、その理論的動機についても言及した。 ^{[ 69 ] [ 70 ]}パフォーマンスの向上などの純粋に実用的な考慮事項に加えて、^{[ 71 ]}遅延評価によってプログラマがコードのパフォーマンス（特にメモリ使用量）について推論することがより困難になることを彼らは指摘している。

Bastiaan Heeren、Daan Leijen、および Arjan van IJzendoorn は 2003 年に、Haskell 学習者にとってのいくつかの障害も指摘しました。「Haskell の微妙な構文と洗練された型システムは諸刃の剣です。経験豊富なプログラマーには高く評価されますが、Haskell の汎用性によってしばしば難解なエラー メッセージが表示されるため、初心者にとってはフラストレーションの原因にもなります。」^{[ 72 ]}エラー メッセージに対処するため、ユトレヒト大学の研究者は、Haskell の一部の機能の汎用性を制限することでエラー メッセージの使用性を向上させた Helium と呼ばれる高度なインタプリタを開発しました。特に、型クラスはデフォルトで無効になっています。^{[ 73 ]}

Ben Lippmeier は、Haskell の遅延評価に関する推論や可変配列などの従来のデータ構造の使用における困難に対処するため、型と効果システムを備えた、デフォルトで厳密 (明示的な注釈により遅延) な Haskell の方言として Disciple [ 74 ] を設計しました。^[ 75 ]^{彼は( p .} 20 )、「破壊的更新はプログラマに 2 つの重要かつ強力なツールを提供します。オブジェクトのコレクションを管理するための効率的な配列のようなデータ構造のセット、そしてプログラマへの負担を最小限に抑えながらプログラムのすべての部分に新しい値をブロードキャストする機能です」と主張しています。 

Standard MLの著者の 1 つですが、Robert Harper氏は、入門プログラミングの教育に Haskell を使用しない理由を述べています。その理由には、厳密でない評価によるリソース使用に関する推論の難しさ、遅延評価がデータ型の定義と帰納的推論を複雑にすること^{[ 76 ]}、Haskell の (古い) クラスシステムが ML のモジュールシステムに比べて「劣っている」こと^{[ 77 ]などがあります。}

Haskell のビルド ツールであるCabalは、同じライブラリの複数のバージョンを適切に処理できないという問題で、これまで批判されてきました。この問題は「Cabal 地獄」として知られています。Stackage サーバーとStackビルド ツールは、これらの批判に対応して作成されました。^{[ 78 ]} Cabal はその後、パッケージ マネージャーNixのアイデアを取り入れることでこの問題に対処し、^{[ 79 ]} 2019 年に新しいアプローチがデフォルトになりました。

CleanはHaskellの近縁で、やや歴史の古い言語です。Haskellとの最大の違いは、入出力（I/O）と副作用にモナドではなく一意性型を使用している点です。

Haskellに触発されつつも、異なる型システムを持つ一連の言語が開発されてきた。例えば以下のようなものがある。

• Agda は、依存型を持つ関数型言語です。
• カイエン、依存型あり。
• ElmはWebフロントエンドアプリを作成するための関数型言語ですが、ユーザー定義型や高階型のクラスまたはインスタンスはサポートしていません。
• Epigramは、プログラムの特性を証明するのに適した、依存型を持つ関数型言語である。
• Idrisは、依存型を持つ汎用関数型言語であり、セント・アンドリュース大学で開発されました。
• PureScriptはJavaScriptにトランスパイルされます。
• Ωmegaは、新しい種類の導入や型レベルでのプログラミングを可能にする厳密な言語です。

その他の関連言語には以下が含まれます。

• Curryは、Haskellをベースにした関数型／論理型プログラミング言語です。

注目すべきHaskellの派生版には以下のようなものがある。

• ジェネリックHaskellは、ジェネリックプログラミングのための型システムサポートを備えたHaskellのバージョンです。
• Humeは、組み込みシステム向けの厳密な関数型言語であり、プロセスは、1要素のメールボックスチャネルのタプルのようなもの上のステートレスオートマタとして定義され、状態はメールボックスへのフィードバックによって保持されます。また、出力からチャネルへのマッピング記述はボックス配線として定義され、Haskellに似た式言語と構文を備えています。

Haskell のイベントは、Haskell Symposium (旧 Haskell Workshop) や Commercial Users of Functional Programming などのワークショップを含め、国際関数型プログラミング会議(ICFP)と同時期に定期的に開催されています。 ^{[ 80 ]}その他のイベントには、Haskell Implementors Workshop、^{[ 81 ]}チューリッヒの ZuriHac 、^{[ 82 ]}および Hac: The Haskell Hackathon ^{[ 83 ]などがあります。}

• ロゼッタラング

報告書

• ペイトン・ジョーンズ、サイモン編（2003）。『Haskell 98 言語と図書館：改訂版報告』ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0521826143。
• マーロウ、サイモン編 (2010). Haskell 2010 言語レポート(PDF) . Haskell.org.

教科書

• デイヴィー、アントニー（1992）。 『ハスケルを用いた関数型プログラミングシステム入門』ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-25830-2。
• バード、リチャード（1998）。Haskellを用いた関数型プログラミング入門（第2 版）。プレンティス・ホール出版。ISBN 978-0-13-484346-9。
• Hudak, Paul (2000). 『ハスケル表現学派：マルチメディアを通して学ぶ関数型プログラミング』 ニューヨーク：ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0521643382。
• ハットン、グラハム（2007）。Haskellによるプログラミング。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0521692694。
• オサリバン、ブライアン；スチュワート、ドン；ゴーゼン、ジョン（2008）。『リアルワールド・ハスケル』セバストポル：オライリー。ISBN 978-0-596-51498-3。実世界のHaskell（全文）
• トンプソン、サイモン（2011）。Haskell : 関数型プログラミングの技法（第3 版）。アディソン・ウェスリー。ISBN 978-0201882957。
• リポヴァチャ、ミラン（2011年4月）。『ハスケルを学んで、素晴らしい成果を上げよう！』サンフランシスコ：ノー・スターチ・プレス。ISBN 978-1-59327-283-8。（全文）
• バード、リチャード（2014）。『ハスケルで関数的に考える』ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-1-107-45264-0。
• バード、リチャード；ギボンズ、ジェレミー（2020年7月）。Haskellによるアルゴリズム設計。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-1-108-49161-7。

チュートリアル

• Hudak, Paul ; Peterson, John; Fasel, Joseph (2000 年 6 月). "A Gentle Introduction To Haskell, Version 98" . Haskell.org .
• Learn You a Haskell for Great Good! - コミュニティ版 ( learnyouahaskell.github.io )。有名な「Learn You a Haskell」(LYAH) ガイドの、コミュニティがメンテナンスしている最新版です。
• Daumé, Hal III. Yet Another Haskell Tutorial (PDF)。公式チュートリアルよりもはるかに少ない事前知識で理解できる。
• ヨーギー、ブレント（2009年3月12日）。「タイプクラスペディア」（PDF）。モナドリーダー（13）：17-68。
• マグワイア、サンディ（2018）。型で考える：Haskellにおける型レベルプログラミング。

歴史

• Hudak, Paul ; Hughes, John ; Peyton Jones, Simon ; Wadler, Philip (2007). 「Haskellの歴史」(PDF) .第3回ACM SIGPLANプログラミング言語史会議議事録. pp.  12–1–55. doi : 10.1145/1238844.1238856 . ISBN 978-1-59593-766-7. S2CID 52847907 . 
• ハミルトン、ナオミ（2008年9月19日）。「プログラミング言語のAZ：Haskell」。Computerworld 。

• 公式サイト