为什么Haskell推断返回类型多态性中的类型会导致运行时错误？

Question

我之所以选择使用Haskell是因为它具有丰富的类型系统 。 这在编译时为我提供了有关程序的更多信息，使我对它的健全性充满信心。

另外，似乎Haskell是一种用于处理表达式问题的最佳语言，因为Haskell类型类可以在return type上分派 。 （与Clojure协议相反-只能在第一个参数上调度）。

当我探索类似read的Haskell多态返回值函数时：

read :: (Read a) => String -> a

使用以下程序：

addFive :: Int -> Int
addFive x = x + 5

main :: IO ()
main = do
    print (addFive (read "11"))
    putStrLn (read "11")

我得到以下结果 ：

Runtime error
...
prog: Prelude.read: no parse

因此，我似乎在使用高级类型系统的语言时遇到运行时错误。

将此与Clojure中的等效代码进行对比：

(defn add-five [x] (+ 5 x))

(println (add-five (read-string "11")))
(println (read-string "11"))

得到以下结果 ：

16
11

我的问题是， 为什么Haskell推断返回类型多态性中的类型会导致运行时错误？ 它不应该在编译时选择它们吗？

Answer 1

该运行时错误与多态无关，并且与以下事实有关： read功能无法将字符串"11"解析为字符列表。

这是行之有效的。 请注意， "11"在运行时可以解析为Int ， "\\"Some More String\\""可以在运行时解析为字符串。

print $ 5 + read "11"
print $ "Some string" ++ read "\"Some More String\""

这里有些东西不起作用。 它们不起作用，因为"Not an integer"不能解析为Int而"11"不能解析为字符串。

print $ 5 + read "Not an integer"
print $ "Some string" ++ read "11"

如上一个问题的答案所指出的，类型信息已在编译时推断出来。 read功能已被选择。 想象一下，如果我们为Int和String的Read实例分别为read函数提供了两个函数readInt :: String -> Int和readString :: String -> String 。 编译器在编译时已经用原始的相应函数代替了read的出现：

print $ 5 + readInt "Not an integer"
print $ "Some string" ++ readString "11"

正如在上一个问题的答案中所解释的那样，这肯定是在编译时发生的，因为类型信息在编译时就被消除了。

Answer 2

问题的一部分在于，在Haskell中可以定义部分函数，​​即某些输入可能失败的函数。 例子是read ， head ， tail 。 非穷尽模式匹配是造成这种偏见的常见原因，其他原因包括error ， undefined和无限递归（即使在这种情况下，显然不会出现运行时错误）。

特别地， read有点麻烦，因为它需要您确保可以解析字符串。 例如，这通常比确保列表不为空更难。 一个人应该使用更安全的变体，例如

readMaybe :: Read a => String -> Maybe a

main = do
  print $ readMaybe "11" :: Maybe Int     -- prints Just 11
  print $ readMaybe "11" :: Maybe String  -- prints Nothing

问题的另一部分是，多态值（例如read "11" ）实际上是伪装的函数，因为它们取决于评估它们的类型，如上例所示。 单态性限制是试图使它们表现得更像非函数：它迫使编译器为所有使用多态性的值查找单一类型。 如果可能，则仅以该类型评估多态值，并且可以在所有用途中共享结果。 否则，即使代码可以不受限制地进行键入，也会出现类型错误。

例如下面的代码

main = do
  let x = readMaybe "11"
  print $ x :: Maybe Int
  print $ x :: Maybe Int

如果启用了单态限制，则一次解析11如果关闭了单态限制，则解析两次（除非编译器足够聪明以进行一些优化）。 通过对比，

main = do
  let x = readMaybe "11"
  print $ x :: Maybe Int
  print $ x :: Maybe String

如果启用了单态性限制，则会引发编译时类型错误；如果禁用，则编译并可以正常运行（打印“ Just 11”和“ Nothing”）。

因此，在启用和禁用限制之间没有明显的赢家。

Answer 3

read的类型是

(Read a) => String -> a

这意味着它（实际上是编译器或解释器）将根据上下文要求选择其返回类型。

因此，在addFive (read "11") ，由于addFive需要一个Int ，因此编译器选择的read类型为addFive String -> Int ； 在putStrLn (read "11") ，它将是putStrLn String->String因为putStrLn需要一个String 。

而且这种选择发生在编译时，这意味着在编译之后，您的程序就等于

main = do
    print (addFive (readInt "11"))
    putStrLn (readString "11")

但是此readString无法将其参数"11"解析为字符串，因此在运行时崩溃。

这个问题的解决方法很简单：

main = do
    print (addFive (read "11"))
    putStrLn (read "\"11\"")