从 C# 调用 Haskell

Question

我刚刚花了一周左右的时间研究如何从 C# 执行 C++ 代码，作为我日常工作的一部分。我们花了很长时间才弄清楚，但最终的解决方案相当简单。

现在我很好奇...从 C# 调用 Haskell 有多难？ （注意：这是调用 Haskell 来自 C#，而不是相反。所以主要的可执行文件是 C#。）

如果真的很难，我不会打扰。但如果它相当容易，我可能不得不玩它......

基本上，我们编写了一些 C++ 代码。在 Windows 上它被编译成一个 DLL，在 Linux 上它被编译成一个共享对象 (*.so)。然后在 C# 方面，如果你试图传递任何重要的东西，你会做一个DllImport 并编写一些手动内存管理代码。 （例如，数组、字符串等）

我知道 GHC 应该支持在两个平台上构建共享库，但我不确定技术细节。导出内容的语法是什么，调用者必须先做一些特殊的事情来初始化 DLL 吗？

具体来说：假设存在一个函数foobar :: FilePath -> IO Int32。有人可以拼凑一个小草图显示：

• 我需要编写哪些 Haskell 声明才能将其暴露给外界。
• 如何告诉 GHC 构建一个独立的 DLL/SO 文件。
• 除了绑定foobar 本身的常规过程之外，调用者需要执行的任何特殊操作。

我不太担心 C# 端的实际语法；我想我或多或少对此感到困惑。

附：我确实简要地查看了hs-dotnet，但这似乎是特定于 Windows 的。 （即，不适用于 Mono，因此不适用于 Linux。）

Answer 1

就这两种语言而言，您基本上可以假装您正在尝试与 C 代码交互。

这是一个复杂的话题，因此我不会尝试解释所有内容，而是专注于制作一个简单的示例，您可以使用下面链接的资源进行构建。

1. 首先，您需要为使用来自Foreign.C.* 模块的类型而不是通常的haskell 类型的Haskell 函数编写包装器。 CInt 代替 Int，CString 代替 String 等。这是最复杂的步骤，尤其是当您必须处理用户定义的类型时。

   您还必须使用 ForeignFunctionInterface 扩展为这些函数编写 foreign export 声明。

   {-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}
   module Foo where
   
   import Foreign.C.String
   import Foreign.C.Types
   
   foreign export ccall
     foo :: CString -> IO CInt
   
   foo :: CString -> IO CInt
   foo c_str = do
     str    <- peekCString c_str
     result <- hs_foo str 
    return $ fromIntegral result
   
   hs_foo :: String -> IO Int
   hs_foo str = do
     putStrLn $ "Hello, " ++ str
     return (length str + 42)
   

2. 然后，在编译时，你告诉 GHC 创建一个共享库：

   $ ghc -O2 --make -no-hs-main -optl '-shared' -o Foo.so Foo.hs
   

3. 在C#方面，除了导入要调用的函数外，还必须导入hs_init()并调用它来初始化运行时系统，然后才能调用任何Haskell函数。完成后您还应该致电hs_exit()。

   using System;
   using System.Runtime.InteropServices;
   
   namespace Foo {
       class MainClass {
           [DllImport("Foo.so", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
           private static extern void hs_init(IntPtr argc, IntPtr argv);
   
           [DllImport("Foo.so", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
           private static extern void hs_exit();
   
           [DllImport("Foo.so", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
           private static extern int foo(string str);
   
           public static void Main(string[] args) {
               Console.WriteLine("Initializing runtime...");
               hs_init(IntPtr.Zero, IntPtr.Zero);
   
               try {
                   Console.WriteLine("Calling to Haskell...");
                   int result = foo("C#");
                   Console.WriteLine("Got result: {0}", result);
               } finally {
                   Console.WriteLine("Exiting runtime...");
                   hs_exit();
               }
           }
       }
   }
   

4. 现在我们编译并运行：

   $ mcs -unsafe Foo.cs
   $ LD_LIBRARY_PATH=. mono Foo.exe
   Initializing runtime...
   Calling to Haskell...
   Hello, C#
   Got result: 44
   Exiting runtime...
   

   有效！

资源：

• GHC User's Guide
• HaskellWiki

Answer 2

作为参考，我能够让以下过程在 Windows 下工作...

{-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}

module Fibonacci () where

import Data.Word
import Foreign.C.Types

fibs :: [Word32]
fibs = 1 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

fibonacci :: Word8 -> Word32
fibonacci n =
  if n > 47
    then 0
    else fibs !! (fromIntegral n)

c_fibonacci :: CUChar -> CUInt
c_fibonacci (CUChar n) = CUInt (fibonacci n)

foreign export ccall c_fibonacci :: CUChar -> CUInt

编译

ghc --make -shared Fibonacci.hs

这会产生六个文件，其中一个是HSdll.dll。然后我将其复制到 Visual Studio C# 项目中，并执行以下操作：

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ConsoleApplication1
{
    public sealed class Fibonacci : IDisposable
    {
        #region DLL imports

        [DllImport("HSdll.dll", CallingConvention=CallingConvention.Cdecl)]
        private static extern unsafe void hs_init(IntPtr argc, IntPtr argv);

        [DllImport("HSdll.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
        private static extern unsafe void hs_exit();

        [DllImport("HSdll.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
        private static extern UInt32 c_fibonacci(byte i);

        #endregion

        #region Public interface

        public Fibonacci()
        {
            Console.WriteLine("Initialising DLL...");
            unsafe { hs_init(IntPtr.Zero, IntPtr.Zero); }
        }

        public void Dispose()
        {
            Console.WriteLine("Shutting down DLL...");
            unsafe { hs_exit(); }
        }

        public UInt32 fibonacci(byte i)
        {
            Console.WriteLine(string.Format("Calling c_fibonacci({0})...", i));
            var result = c_fibonacci(i);
            Console.WriteLine(string.Format("Result = {0}", result));
            return result;
        }

        #endregion
    }
}

Console.WriteLine() 调用显然是可选的。

我还没有尝试在 Mono / Linux 下运行它，但大概是相似的。

总而言之，这与让 C++ DLL 工作的难度大致相同。 （即，让类型签名匹配并使编组正常工作是困难的。）

我还必须编辑项目设置并选择“允许不安全代码”。