为什么存在类型没有模式匹配？

Question

即使没有扩展 ExistentialQuantification，Haskell 也支持一些存在类型，通过类型同构，任何类型类 C，

(forall a. C a => (a -> b))  ~  ((exists a. C a => a) -> b)

所以函数f :: C a => a -> b 需要一个x 类型的exists a. C a 参数。但是 Haskell 不允许将 x 与某些类型的 C 进行模式匹配（以狂野匹配 _ 结束，因为类型类通常是无限的）。

这很奇怪，因为存在类型是广义求和类型。 Haskell 确实支持带有 data 关键字的有限和类型，并允许对它们进行模式匹配。在 C++、Java 和 C# 等语言中，存在类型是接口，它们支持使用 dynamic_cast 或 instanceof 等关键字进行模式匹配。

Haskell 没有为上面的f 等函数实现模式匹配有什么原因吗？

Answer 1

Haskell 被设计为允许类型擦除实现。我们仍然可以在运行时不携带所有类型级别信息的情况下运行 Haskell。这允许实现减少内存占用。

请注意，程序员仍然可以通过添加Typeable a 约束来选择在运行时保留类型信息。然后cast 可用于对类型进行模式匹配。

此外，无法在运行时对类型执行模式匹配对于保证parametricity / free theorems 很重要。例如，如果我们有一个多态函数

f :: forall a. a -> a

我们保证f 是身份（或无法终止）。这是因为任何这样的f 都必须是自然转换，除了身份之外没有其他选项可用。如果我们可以写，那就不是真的了

f x = if a==Int then x+1 else x

如果我们添加Typeable a，确实可以写出类似的东西。

同样，g :: a->a->a 必须是投影，h :: [a]->[a] 不能将[True] 发送到[False,True]。此外，如果h [1,2]=[2,2,1] 则必然h "ab" = "bba"。自然而然，这些函数必须在所有类型a 上“统一”工作。

Answer 2

如果你想对类型进行模式匹配，那是不可能的，因为

1. 要匹配的类型有无数种，因此您的模式永远不会详尽。

2. 作为一个实现细节，GHC 在编译时会擦除所有类型信息，因此无论如何都无法实现。 （这可能是由于第 1 点。）

您提到 OO 语言通常有类似 instanceof 运算符的东西。您可以在 Haskell 中使用 Typeable 类来执行此操作。如果一个类型是Typeable 的实例，您可以使用toDyn 将其“转换”为Dynamic 类型。然后您可以稍后尝试使用fromDynamic 将其转换回，这将返回Maybe。 （或fromDyn，它返回一个默认值。）所以Dynamic 类型类似于Java 的Object；它可以是任何东西。通常这并没有足够的限制，而且通常你不会在 Haskell 中看到这种编程。

您还可以使用 GADT 来表示 有限 组类型，然后您可以对其进行模式匹配。或者常规数据结构，就此而言。