功能編程和類型系統

Question

我一直在學習各種函數式語言，包括Haskell，Scala和Clojure。 Haskell有一個非常嚴格且定義良好的靜態類型系統。 Scala也是靜態類型的。 另一方面，Clojure是動態類型的。

所以我的問題是

1. 類型系統在函數式語言中扮演什么角色？
2. 語言是否有必要使用類型系統才能使其正常運行？
3. 語言的“功能”級別與語言類型系統的類型有何關聯？

Answer 1

語言不需要輸入功能 - 函數式編程的核心是lambda演算 ，它是無類型和類型變體。

類型系統扮演兩個角色：

• 它在編譯時提供了一種保證，即在運行時不會發生一類錯誤。 錯誤類通常包括嘗試將兩個字符串添加到一起，或嘗試將整數應用為函數。
• 它具有一些效率優勢，因為運行時的對象不需要攜帶它們的類型，因為類型已經在編譯時建立。 這被稱為類型擦除 。

在像Haskell這樣的高級類型系統中，類型系統可以提供更多好處：

• 重載：使用一個標識符來引用不同類型的操作
• 它允許庫根據其使用的類型自動選擇優化的實現（使用Type Families ）
• 它允許在編譯時證明強大的不變量，例如紅黑樹中的不變量（使用廣義代數數據類型 ）

Answer 2

類型系統在函數式語言中扮演什么角色？

對於Simon Marlow的優秀答案，我想補充一個類型系統，特別是包含代數數據類型的系統 ，可以更容易地編寫程序：

• 面向對象語言中的軟件設計有時使用UML圖表示，使用類型非常清楚地表達。 這種清晰度尤其表現在不僅值具有類型，而且模塊具有類型，如在Objective Caml或Standard ML中。

• 當一個人編寫代碼時，一些簡單的啟發式方法可以很容易地根據類型編寫純函數：

  • 始終可以使用lambda創建函數類型的值。
  • 通過應用它可以始終消耗函數類型的值。
  • 可以通過應用任何類型的構造函數來創建代數數據類型的值。
  • 通過用case表達式仔細檢查代數數據類型的值，可以消耗它。

  基於這些觀察結果，以及簡單的規則，除非有充分的理由，函數應該使用它的每個參數，否則很容易減少可以寫入極少數候選者的可能代碼的空間。 例如，沒有那么多合理的類型函數（使用Haskell表示法）

   forall a . (a -> Bool) -> [a] -> Bool 

  使用類型創建代碼的技術稱為類型導向編程。 當它運行良好時，你會聽到功能程序員說“一旦我們得到了正確的類型，代碼實際上就自己編寫了”。 由於類型通常比代碼小得多，這是一個很大的勝利。

Answer 3

1. 與任何編程語言相同：它可以幫助您避免/查找代碼中的錯誤。 在靜態類型的情況下，良好類型系統可防止編譯具有某些類型錯誤的程序。
2. 沒有。 無類型的lambda演算是你可以稱之為函數式編程語言的原型，顧名思義，它完全是無類型的。

3. 在函數式語言（以及函數可用作值的任何其他語言）中，類型系統需要知道函數的類型。 除此之外，功能語言的類型系統沒有什么特別之處。

   在純函數式語言中，您需要抽象副作用，因此您希望類型系統能夠以某種方式支持它。 例如，如果您希望擁有類似於Clean的世界類型，則您希望類型系統支持唯一性類型以確保正確使用。

   如果你想在haskell中有一個IO monad，你需要一個IO類型（雖然像haskell這樣的monad類型類不需要有一個IO monad，所以你不需要一個支持它的類型系統） 。

Answer 4

1：與其他任何一個相同，它會阻止你進行不明確的操作，或者對人類造成“無意義”的操作。 就像浮點數加上整數一樣。
2：Nope是世界上最古老的編程語言，（無類型的）lambda演算，既有功能也有無類型。
3：很難，功能只是意味着沒有副作用，沒有突變，參考透明等等。

只記得最古老的函數式語言，無類型的lambda演算沒有類型系統。