Guards 中的 Haskell 类型解构答案

【问题标题】：Haskell Type Destructuring in GuardsGuards 中的 Haskell 类型解构
【发布时间】：2016-04-13 15:16:15
【问题描述】：

我正在玩 Haskell 中的一个玩具项目。我正在实现一些我之前用其他语言构建的数据结构，以熟悉它们在 Haskell 中的构建方式。这不是我的第一个函数式语言，我已经在 OCaml 中构建了几个项目，比如 Scheme 解释器，但我认为我的 OCaml 经验正在影响我解决这个问题的方式。它不是非常重要，但可能对上下文有用，知道我正在实现的数据结构是 PR-Quadtree。

我想要做的是匹配和解构守卫内的类型，即 OCaml 的匹配语句。

data Waypoint = WayPoint {
    lat :: Float,
    lon :: Float,
    radius :: Float,
    speed :: Float,
    accel :: Float
} deriving (Show)

data Region = Region {
    x :: Float,
    y :: Float,
    width :: Float
} deriving (Show)

data PRQuadtree = WhiteNode Region
    | BlackNode Region Waypoint 
    | GreyNode { 
        topLeft :: PRQuadtree,
        topRight :: PRQuadtree,
        botLeft :: PRQuadtree,
        botRight :: PRQuadtree,
        region :: Region
    } deriving (Show)

getRegion node 
    | BlackNode(r, _) = r
    | WhiteNode(r) = r
    | GreyNode = region node

getRegion 函数是我特别遇到的问题。如果我想要做的事情不清楚：我想简单地提取参数的一个元素，但这取决于参数是代数数据类型的哪个成员。在 OCaml 中我可以这样做：

let getRegion node = match node with
    | BlackNode(r, _) = r
    | WhiteNode(r) = r
    | GreyNode = region(node)

（或类似的东西，我的 OCaml 现在有点生锈了）。

然而，在 Haskell 中，这似乎并没有将 r 绑定到保护分支的 RHS 范围内。我尝试查找 Pattern Guards，因为它们听起来与我可能想要做的相似，但我无法真正了解这里发生了什么。真的，我只想从 = 的 LHS 到 equals 的 RHS 绑定（取决于我们已经关闭的守卫的哪个分支）。

什么是惯用的 Haskell 方式来做我在这里尝试做的事情？

【问题讨论】：

标签： haskell functional-programming pattern-matching

【解决方案1】：

可以如下实现：

getRegion :: PRQuadtree -> Region
getRegion (BlackNode r _) = r
getRegion (WhiteNode r) = r
getRegion GreyNode{region=r} = r

甚至是

getRegion :: PRQuadtree -> Region
getRegion x = case x of
  BlackNode r _ -> r
  WhiteNode r -> r
  GreyNode{} -> region x

在 Haskell 中，预先添加类型签名是非常惯用的。

另一种选择是将region 字段也扩展到其他情况：

data PRQuadtree = WhiteNode { region :: Region }
    | BlackNode { region :: Region , waypoint :: Waypoint }
    | GreyNode { 
        topLeft :: PRQuadtree,
        topRight :: PRQuadtree,
        botLeft :: PRQuadtree,
        botRight :: PRQuadtree,
        region :: Region
    } deriving (Show)

现在，region 将适用于所有 PRQuadtree 值。

Haskell 使用 | 就像 ML 在定义代数数据类型时一样，来分隔不同的构造函数，但不使用它来分隔 case 分支，而是遵循语法

case .. of { pat1 -> e1 ; pat2 -> e2 ; ... }

可以用缩进代替

case .. of
   pat1 -> e1
   pat2 -> e2
   ...

另外，请注意不鼓励使用部分字段选择器：

data A = A1 { foo :: Int } | A2

上面，foo A2 类型检查但崩溃。另一方面，当一个字段存在于所有构造函数中时，我们就不会面临这样的风险。

【讨论】：

也许你应该明确提到 Haskell 和 ML 在一般意义上使用 | 来标记“案例”，但是 Haskell 将它用于布尔值守卫，而 ML 将它（除其他外）用于模式匹配。还值得一提的是，通常不鼓励使用非总字段选择器（除了用于制作棱镜的非导出选择器）。
@dfeuer 那么出于好奇，实现 PRQuadtree 类型的更惯用方法是什么？白色、黑色和灰色节点都是PRQuadtree 的类型，但对于插入、删除等具有不同的行为以及不同的关联数据。在 Java 中，我使用 PRQuadtree 接口和 White、Black 和 Gray 节点具体类实现了这种行为。由于所有内部数据都是私有的（并且仅在该节点中需要），因此它们的实现是否不同并不重要。
@KyleRush，一种选择是将产品总和分解为多种类型，因此每个产品都有自己的记录类型。

【解决方案2】：

你也可以写：

getRegion x 
    | BlackNode y <- x -> ....
    | Greynode{}  <- x -> ....

但在这种简单的情况下，它是非常不习惯的。

但是，在更复杂的程序中，守卫中的这种模式匹配可能非常有用。您使用多个方程式或案例来区分一般情况，如@chi 所示。但是，您可以检测特殊情况，例如以下组成的示例：

getRegion x = case x of
    BlackNode{region} 
        | [(0,_)] <- filter (inRegion region) interestingPoints
            -> -- region encloses exactly 1 interesting point on x axis
               ....
        | otherwise = ....
        where
           interestingPoints = .....
           inRegion :: Region -> Point -> Bool
    GreyNode{} -> ....

【讨论】：