haskell - 在 Haskell 中，如何将函数限制为一种数据类型的唯一构造函数？

Question

我不知道如何表达这个问题。假设我正在尝试传递 tmpfiles 的路径，并且我想捕捉这样的想法:tmpfile 有不同格式，并且每个函数仅适用于其中一种格式。这有效:

data FileFormat
  = Spreadsheet
  | Picture
  | Video
  deriving Show

data TmpFile = TmpFile FileFormat FilePath
  deriving Show

videoPath :: TmpFile -> FilePath
videoPath (TmpFile Video p) = p
videoPath _ = error "only works on videos!"

但是一定有更好的方法来编写它而不会出现运行时错误，对吧？我想到了两种选择，这个:

type TmpSpreadsheet = TmpFile Spreadsheet
type TmpPicture     = TmpFile Picture
type TmpVideo       = TmpFile Video

videoPath :: TmpVideo -> FilePath

或者这个:

data TmpFile a = TmpFile a FilePath
  deriving Show

videoPath :: TmpFile Video -> FilePath

但显然它们无法编译。正确的做法是什么？其他一些想法，但没有特别吸引人的:

• 将 TmpFile 封装在格式中，而不是相反，因此值为 Video (TmpFile "test.avi") 等。
• 创建大量单独的数据类型 VideoTmpFile、PictureTmpFile 等。
• 创建一个 TmpFile 类型类
• 到处使用部分函数，​​但添加保护函数来抽象模式匹配

我还考虑过学习 -XDataKinds 扩展，但我怀疑我错过了一些不需要它也可以完成的更简单的事情。

编辑:我今天学到了很多东西!我尝试了下面概述的两种方法(DataKinds 和幻像类型，它们具有可以用另一个扩展删除的虚拟值构造函数)，它们都有效!然后我尝试走得更远一点。除了常规 TmpFile a 之外，它们都允许您创建嵌套类型 TmpFile (ListOf a)，这很酷。但我暂时决定使用普通的幻像类型(完整值构造函数)，因为您可以对它们进行模式匹配。例如，我很惊讶这实际上有效:

data Spreadsheet = Spreadsheet deriving Show
data Picture     = Picture     deriving Show
data Video       = Video       deriving Show
data ListOf a    = ListOf a    deriving Show

data TmpFile a = TmpFile a FilePath
  deriving Show

videoPath :: TmpFile Video -> FilePath
videoPath (TmpFile Video p) = p

-- read a file that contains a list of filenames of type a,
-- and return them as individual typed tmpfiles
listFiles :: TmpFile (ListOf a) -> IO [TmpFile a]
listFiles (TmpFile (ListOf fmt) path) = do
  txt <- readFile path
  let paths = map (TmpFile fmt) (lines txt)
  return paths

vidPath :: TmpFile Video
vidPath = TmpFile Video "video1.txt"

-- $ cat videos.txt
-- video1.avi
-- video2.avi
vidsList :: TmpFile (ListOf Video)
vidsList = TmpFile (ListOf Video) "videos.txt"

main :: IO [FilePath]
main = do
  paths <- listFiles vidsList  -- [TmpFile Video "video1.avi",TmpFile Video "video2.avi"]
  return $ map videoPath paths -- ["video1.avi","video2.avi"]

据我所知，DataKinds 的等效项非常相似，但无法将 fmt 作为值访问:

{-# LANGUAGE DataKinds, KindSignatures #-}

data FileFormat
  = Spreadsheet
  | Picture
  | Video
  | ListOf FileFormat
  deriving Show

data TmpFile (a :: FileFormat) = TmpFile FilePath
  deriving Show

vidPath :: TmpFile Video
vidPath = TmpFile "video.avi"

vidsList :: TmpFile (ListOf Video)
vidsList = TmpFile "videos.txt"

videoPath :: TmpFile Video -> FilePath
videoPath (TmpFile p) = p

listFiles :: TmpFile (ListOf a) -> IO [TmpFile a]
listFiles (TmpFile path) = do
  txt <- readFile path
  let paths = map TmpFile (lines txt)
  return paths

main :: IO [FilePath]
main = do
  paths <- listFiles vidsList
  return $ map videoPath paths

(这似乎是一件奇怪的事情，但我的实际程序将是一种小型语言的解释器，该语言编译为 Shake 规则，并带有与每个变量对应的 tmpfile，因此类型化的 tmpfiles 列表将很有用)

这看起来正确吗？我更喜欢 DataKinds 的想法，因此如果我可以将它们作为值进行检查，或者事实证明这根本不需要，我会选择它。

Answer 1

你是对的:使用 -XDataKinds，TmpFile Video -> FilePath 方法就可以工作。事实上，我认为这可能是该扩展的一个很好的应用程序。

{-# LANGUAGE DataKinds #-}

data TmpFile (a :: FileFormat) = TmpFile FilePath
  deriving Show

videoPath :: TmpFile Video -> FilePath

您需要此扩展来编写 TmpFile Video 的原因是 FileFormat 的构造函数是从头开始值级别(因此仅存在在运行时)，而 TmpFile 是类型级/编译时。

当然还有另一种生成类型级实体的方法:定义类型!

data Spreadsheet = Spreadsheet
data Picture = Picture
data Video = Video

data TmpFile a = TmpFile a FilePath
  deriving Show

videoPath :: TmpFile Video -> FilePath

此类类型称为幻像类型。但实际上，它们有点像黑客，可以解决以前缺乏适当的类型级别值的问题，而 DataKinds 现在已经为我们提供了这些值。因此，除非您需要与旧编译器兼容，否则请使用 DataKinds!

另一种方法是在编译时不强制执行文件类型，而只是明确表明函数是部分函数。

data TmpFile = TmpFile FileFormat FilePath
  deriving Show

videoPath :: TmpFile -> Maybe FilePath
videoPath (TmpFile Video p) = p
videoPath _ = Nothing

事实上，这种方法很可能是更合理的方法，具体取决于您打算做什么。