Haskell/控制結構
Haskell 提供了幾種表達不同值之間選擇的方式。我們在 Haskell 基礎章節中探索了一些。本節將把我們迄今為止所見的內容整合在一起，討論一些更細緻的要點，並介紹一種新的控制結構。
我們已經遇到過這些結構。if 表示式的語法是
if <condition> then <true-value> else <false-value>
<條件>是一個表示式，其結果為布林值。如果<條件>是True那麼<真值>將被返回，否則<假值>將被返回。請注意，在 Haskell 中if是一個表示式（被轉換為一個值），而不是像許多命令式語言中的語句（被執行）。[1] 因此，else在 Haskell 中是必須的。由於if是一個表示式，它必須計算出一個結果，無論條件是真還是假，並且else確保了這一點。此外，<真值>和<假值>必須計算出相同型別的值，這將是整個 if 表示式的型別。
當 if 表示式跨越多行時，它們通常透過將 else 與 then 對齊來縮排，而不是與 if 對齊。一種常見的風格如下所示
describeLetter :: Char -> String
describeLetter c =
if c >= 'a' && c <= 'z'
then "Lower case"
else if c >= 'A' && c <= 'Z'
then "Upper case"
else "Not an ASCII letter"
守衛和頂層 if 表示式基本上是可以互換的。使用守衛，上面的例子稍微簡潔一些
describeLetter :: Char -> String
describeLetter c
| c >= 'a' && c <= 'z' = "Lower case"
| c >= 'A' && c <= 'Z' = "Upper case"
| otherwise = "Not an ASCII letter"
請記住，otherwise 只是 True 的別名，因此最後一個守衛是一個萬用字元，扮演了 if 表示式中最後一個 else 的角色。
守衛按其出現的順序進行評估。考慮如下設定
f (pattern1) | predicate1 = w
| predicate2 = x
f (pattern2) | predicate3 = y
| predicate4 = z
在這裡，f 的引數將與 pattern1 進行模式匹配。如果成功，則我們繼續進行第一組守衛：如果 predicate1 計算結果為 True，則返回 w。如果不是，則計算 predicate2；如果它是真值，則返回 x。同樣，如果不是，則我們繼續進行下一種情況，並嘗試將引數與 pattern2 匹配，並使用 predicate3 和 predicate4 重複守衛過程。（當然，如果模式都不匹配或模式匹配後謂詞都不為真，則會出現執行時錯誤。無論選擇哪種控制結構，都必須確保覆蓋所有情況。）
if 結構是表示式的一個方便的結果是，它們可以放置在任何 Haskell 表示式可以放置的位置，允許我們編寫如下程式碼
g x y = (if x == 0 then 1 else sin x / x) * y
請注意，我們編寫了沒有換行的 if 表示式，以達到最大簡潔性。與 if 表示式不同，守衛塊不是表示式；因此，let 或 where 定義是在使用它們時最接近這種風格的方法。不用說，更復雜的單行 if 表示式將難以閱讀，在這種情況下，let 和 where 成為有吸引力的選擇。
前面提到的 || 和 && 運算子實際上是控制結構：它們首先評估第一個引數，然後僅在需要時評估第二個引數。
例如，假設要檢查一個很大的數字 n 是否為素數，並且可以使用一個函式 isPrime，但是，評估它需要大量的計算。使用函式 \n -> n == 2 || (n `mod` 2 /= 0 && isPrime n) 將有助於減少對 n 為偶數的情況進行大量評估。
&& 可用於避免發出執行時錯誤訊號，例如除以零或索引超出範圍等。例如，以下程式碼查詢列表中最後一個非零元素
lastNonZero a = go a (length a-1)
where
go a l | l >= 0 && a !! l == 0 = go a (l-1)
| l < 0 = Nothing
| otherwise = Just (a !! l)
如果列表的所有元素都為零，則迴圈將一直執行到 l = -1，在這種情況下，第一個守衛中的條件將在不嘗試取消引用不存在的元素 -1 的情況下進行評估。
我們還沒有討論過的一種控制結構是 case 表示式。它們對於分段函式定義來說，就像 if 表示式對於守衛一樣。以這個簡單的分段定義為例
f 0 = 18
f 1 = 15
f 2 = 12
f x = 12 - x
它等價於——實際上是——case 版本的語法糖
f x =
case x of
0 -> 18
1 -> 15
2 -> 12
_ -> 12 - x
無論我們選擇哪個定義，當呼叫 f 時都會發生相同的事情：引數 x 按順序與所有模式進行匹配，並且在第一次匹配時，對應等號（在分段版本中）或箭頭（在 case 版本中）右側的表示式將被評估。請注意，在這個 case 表示式中，不需要在模式中寫入 x；萬用字元模式 _ 具有相同的效果。[2]
在使用 case 時，縮排非常重要。case 必須比包含 of 關鍵字的行開頭縮排更多，並且所有 case 必須具有相同的縮排。為了說明，這裡列出了 case 表示式的另外兩種有效佈局
f x = case x of
0 -> 18
1 -> 15
2 -> 12
_ -> 12 - x
f x = case x of 0 -> 18
1 -> 15
2 -> 12
_ -> 12 - x
由於任何 case 分支的左側只是一個模式，因此它也可以用於繫結，就像在分段函式定義中一樣：[3]
describeString :: String -> String
describeString str =
case str of
(x:xs) -> "The first character of the string is: " ++ [x] ++ "; and " ++
"there are " ++ show (length xs) ++ " more characters in it."
[] -> "This is an empty string."
此函式使用人類可讀的字串描述了str的一些屬性。在這裡，使用 case 語法將變數繫結到列表的頭和尾很方便，但您也可以使用 if 表示式來實現此目的（使用 null str 作為條件來選擇空字串情況）。
最後，就像 if 表示式（與分段定義不同）一樣，case 表示式可以嵌入到任何其他表示式適合的位置
data Colour = Black | White | RGB Int Int Int
describeBlackOrWhite :: Colour -> String
describeBlackOrWhite c =
"This colour is"
++ case c of
Black -> " black"
White -> " white"
RGB 0 0 0 -> " black"
RGB 255 255 255 -> " white"
_ -> "... uh... something else"
++ ", yeah?"
上面的 case 塊適合任何字串的位置。以這種方式編寫 describeBlackOrWhite 使 let/where 變得不必要（儘管結果定義的可讀性不如前者）。
| 練習 |
|---|
使用 case 表示式實現一個 fakeIf 函式，該函式可以用作熟悉的 if 表示式的替代品。 |
在本章的最後部分，我們將回顧“簡單輸入和輸出”章節中的討論，並介紹一些關於控制結構的額外要點。在控制操作部分，我們使用了以下函式來說明如何在使用if表示式的do塊中條件執行操作
doGuessing num = do
putStrLn "Enter your guess:"
guess <- getLine
if (read guess) < num
then do putStrLn "Too low!"
doGuessing num
else if (read guess) > num
then do putStrLn "Too high!"
doGuessing num
else putStrLn "You Win!"
我們可以使用case表示式編寫相同的doGuessing函式。為此，我們首先介紹Prelude函式compare，它接受相同型別（在Ord類中）的兩個值，並返回型別為Ordering的值——即GT、LT、EQ中的一個，具體取決於第一個值是否大於、小於或等於第二個值。
doGuessing num = do
putStrLn "Enter your guess:"
guess <- getLine
case compare (read guess) num of
LT -> do putStrLn "Too low!"
doGuessing num
GT -> do putStrLn "Too high!"
doGuessing num
EQ -> putStrLn "You Win!"
在do中，->後面的操作是必要的，因為我們正在每個分支內對操作進行順序執行。
現在，我們將消除一個可能存在的混淆來源。在一個典型的命令式語言（例如C）中，doGuessing的實現可能如下所示（如果您不瞭解C，請不要擔心細節，只需關注if-else鏈即可）
void doGuessing(int num) {
printf("Enter your guess:");
int guess = atoi(readLine());
if (guess == num) {
printf("You win!\n");
return;
}
// we won't get here if guess == num
if (guess < num) {
printf("Too low!\n");
doGuessing(num);
} else {
printf("Too high!\n");
doGuessing(num);
}
}
這個doGuessing首先測試相等情況，這不會導致doGuessing的新呼叫，並且if沒有伴隨的else。如果猜測正確，則使用return語句立即退出函式，跳過其他情況。現在，回到Haskell，do塊中的操作順序看起來很像命令式程式碼，而且實際上Prelude中確實存在一個return。然後，知道case表示式（不像if表示式）不會強制我們覆蓋所有情況，人們可能會傾向於編寫上面C程式碼的逐字翻譯（如果您好奇，可以嘗試執行它）...
doGuessing num = do
putStrLn "Enter your guess:"
guess <- getLine
case compare (read guess) num of
EQ -> do putStrLn "You win!"
return ()
-- we don't expect to get here if guess == num
if (read guess < num)
then do putStrLn "Too low!"
doGuessing num
else do putStrLn "Too high!"
doGuessing num
...但它不會工作！如果您猜對了，函式將首先列印“您贏了！”，但它不會退出return ()。相反，程式將繼續執行if表示式，並檢查guess是否小於num。當然不是，因此將執行else分支，它將列印“太高了！”，然後要求您再次猜測。對於錯誤的猜測，情況也沒有好轉：它將嘗試評估case表示式，並獲得compare結果的LT或GT。在任何一種情況下，它都沒有匹配的模式，程式將立即因異常而失敗（像往常一樣，不完整的case本身就足以引起懷疑）。
這裡的問題是return根本不等於同名C（或Java等）語句。對於我們的直接目的，我們可以說return是一個函式。[4] 特別是return ()計算出一個什麼也不做的操作。return根本不影響控制流。在猜測正確的案例中，case表示式計算出return ()，一個型別為IO ()的操作，執行將正常繼續。
底線是，雖然操作和do塊類似於命令式程式碼，但必須根據它們自己的術語——Haskell術語來處理。
| 練習 |
|---|
main =
do x <- getX
putStrLn x
getX =
do return "My Shangri-La"
return "beneath"
return "the summer moon"
return "I will"
return "return"
return "again"
|
註釋
- ↑ 如果您使用過C或Java，您會將Haskell的if/then/else識別為三元條件運算子
?:的等價物。 - ↑ 要了解為什麼是這樣，請考慮我們在模式匹配部分中對匹配和繫結的討論
- ↑ 因此，
case表示式比命令式語言中大多數表面上類似的switch/case語句要通用得多，後者通常僅限於對整數基本型別的相等性測試。 - ↑ 多餘的說明：更接近於正確的解釋，我們可以說
return是一個函式，它接受一個值並將其轉換為一個操作，當該操作被評估時，會給出原始值。我們在處理的do塊中的return "strawberry"將具有型別IO String——與getLine相同的型別。如果現在還不理解，請不要擔心；當我們真正開始在本書的後面討論單子時，您將理解return的真正含義。