ZuriHac: תרגול תכנות פונקציונלי

ביוני השנה, בעיירה השוויצרית הקטנה Rapperswil, נקרא אירוע ZuriHac. הפעם הוא ריכז יותר מחמש מאות אוהבי האסקל, ממתחילים ועד האבות המייסדים של השפה. למרות שהמארגנים קוראים לאירוע הזה האקתון, זה לא כנס או האקתון במובן הקלאסי. הפורמט שלו שונה ממתכנתים מסורתיים. למדנו על ZuriHac במזל, השתתפנו בו, וכעת אנו רואים בחובתנו לספר על הממצא החריג!

אודות

מאמר זה הוכן על ידי שני סטודנטים שנה ג' בתכנית "מתמטיקה שימושית ואינפורמטיקה" בבית הספר הגבוה לכלכלה של אוניברסיטת המחקר הלאומית - סנט פטרסבורג: וסילי אלפרוב ואליזאבטה וסילנקו. התשוקה לתכנות פונקציונלי עבור שנינו החלה בסדרת הרצאות של D.N. Moskvin בשנה השנייה לאוניברסיטה. וסילי משתתף כעת בתוכנית Google Summer of Code, במסגרתה הוא מיישם גרפים אלגבריים בהסקל בהנחיית צוות הפרויקט אצה. Elizaveta יישמה את מיומנויות התכנות הפונקציונליות שנרכשו בעבודה בקורס שהוקדשה ליישום האלגוריתם נגד האיחוד עם יישום לאחר מכן בתורת הטיפוסים.

פורמט האירוע

קהל היעד הוא בעלים של פרויקטים בקוד פתוח, מתכנתים שרוצים להשתתף בפיתוח שלהם, חוקרי תכנות פונקציונלי ואנשים פשוט נלהבים מהאסקל. השנה, מפתחים מיותר מחמישים פרויקטים של Haskell בקוד פתוח מכל רחבי העולם התאספו במקום - HSR Hochschule für Technik Rapperswil - כדי לדבר על המוצרים שלהם ולעורר אנשים טריים להתעניין בפיתוח שלהם.

תמונה מטוויטר ZuriHac

התכנית פשוטה מאוד: עליכם לכתוב כמה הצעות על הפרויקט שלכם מראש ולשלוח אותן למארגנים, שיפרסמו מידע על הפרויקט שלכם בעמוד האירוע. בנוסף, ביום הראשון יש לכותבי הפרויקטים שלושים שניות לספר בקצרה מאוד מהבמה מה הם עושים ומה צריך לעשות. לאחר מכן מתעניינים מחפשים את המחברים ושואלים בפירוט על המשימות.

עדיין אין לנו פרויקטים פתוחים משלנו, אבל אנחנו מאוד רוצים לתרום לפרויקטים הקיימים, אז נרשמנו כמשתתפים קבועים. במהלך שלושה ימים עבדנו עם שתי קבוצות של מפתחים. מסתבר שלימוד משותף של קוד ותקשורת חיה הופך את האינטראקציה בין מחברי הפרויקט לתורמים לפרודוקטיבי מאוד - ב-ZuriHac הצלחנו להבין תחומים שהיו חדשים לנו והצלחנו לעזור לשני צוותים שונים לחלוטין, תוך השלמת משימה אחת בכל אחד מהם. של הפרויקטים.

בנוסף לתרגול רב ערך, ניתנו בZuriHac גם מספר הרצאות וכיתות אמן. אנו זוכרים במיוחד שתי הרצאות. בראשון שבהם, אנדריי מוקהוב מאוניברסיטת ניוקאסל דיבר על פונקציות אפליקטיביות סלקטיביות - מחלקה של טיפוסים שאמורים להפוך לביניים בין פונקציות אפליקטיביות ומונאדות. בהרצאה אחרת, אחד ממייסדי Haskell, סיימון פייטון ג'ונס, דיבר על האופן שבו מסקנות סוג עובד במהדר GHC.

הרצאה מאת סיימון פייטון ג'ונס. תמונה מטוויטר ZuriHac

כיתות האמן שהתקיימו במהלך ההאקתון חולקו לשלוש קטגוריות בהתאם לרמת האימון של המשתתפים. גם המשימות שהוצעו למשתתפים שהצטרפו לפיתוח פרויקטים סומנו ברמת קושי. הקהילה הקטנה אך הידידותית של מתכנתים פונקציונליים מברכת בשמחה מצטרפים חדשים לשורותיה. אולם כדי להבין את ההרצאות של אנדריי מוכוב וסיימון פייטון ג'ונס, קורס התכנות הפונקציונלי שלמדנו באוניברסיטה היה מאוד שימושי.

ההרשמה לאירוע היא בחינם הן למשתתפים קבועים והן לכותבי הפרויקט. הגשנו בקשות להשתתפות בתחילת יוני, ולאחר מכן הועברנו במהירות מרשימת ההמתנה לרשימת המשתתפים המאושרים.

ועכשיו נדבר על הפרויקטים בפיתוח בהם לקחנו חלק.

פנדוק

פנדוק הוא ממיר אוניברסלי של מסמכי טקסט, למעשה, מכל פורמט לכל פורמט. לדוגמה, מ-docx ל-pdf, או מ-Markdown ל-MediaWiki. מחברו, ג'ון מקפרלן, הוא פרופסור לפילוסופיה באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. באופן כללי, פנדוק די מפורסם, וכמה מחברינו הופתעו כשנודע להם שפנדוק נכתב בהאסקל.

רשימת פורמטים של מסמכים הנתמכים על ידי Pandoc. באתר יש גם גרף שלם, אבל התמונה הזו לא מתאימה לכתבה.

כמובן, Pandoc לא מספקת המרה ישירה לכל זוג פורמטים. כדי לתמוך במגוון כה רחב של טרנספורמציות, נעשה שימוש בפתרון ארכיטקטוני סטנדרטי: ראשית, המסמך כולו מתורגם לייצוג ביניים פנימי מיוחד, ולאחר מכן נוצר מסמך בפורמט שונה מהייצוג הפנימי הזה. המפתחים מכנים את הייצוג הפנימי "AST", אשר ראשי תיבות של Abstract Syntax Tree, או עץ תחביר מופשט. אתה יכול להסתכל על ייצוג הביניים בפשטות רבה: כל מה שאתה צריך לעשות הוא להגדיר את פורמט הפלט ל"מקורי"

$ cat example.html
<h1>Hello, World!</h1>

$ pandoc -f html -t native example.html
[Header 1 ("hello-world",[],[]) [Str "Hello,",Space,Str "World!"]]

קוראים שעבדו עם Haskell לפחות קצת יכולים כבר להניח מהדוגמה הקטנה הזו שפנדוק כתוב בהאסקל: הפלט של פקודה זו הוא ייצוג מחרוזת של המבנים הפנימיים של Pandoc, שנוצרו בדומה לאופן שבו זה נעשה בדרך כלל. ב- Haskell, למשל, בספרייה הסטנדרטית.

אז, כאן אתה יכול לראות שהייצוג הפנימי הוא מבנה רקורסיבי, שבכל צומת פנימי יש רשימה שלו. לדוגמה, ברמה העליונה יש רשימה של אלמנט אחד - כותרת הרמה הראשונה עם התכונות "hello-world",[],[]. בתוך כותרת זו מוסתרת רשימה של המחרוזת "Hello", ואחריה רווח והמחרוזת "World!"

כפי שאתה יכול לראות, הייצוג הפנימי אינו שונה בהרבה מ-HTML. זהו עץ שבו כל צומת פנימי מספק מידע על העיצוב של צאצאיו, והעלים מכילים את התוכן האמיתי של המסמך.

אם נרד לרמת היישום, סוג הנתונים של המסמך כולו מוגדר כך:

data Pandoc = Pandoc Meta [Block]

כאן בלוק הוא בדיוק הקודקודים הפנימיים שהוזכרו לעיל, ומטה היא מטא-אינפורמציה על המסמך, כגון כותרת, תאריך יצירה, מחברים - זה שונה עבור פורמטים שונים, ופנדוק מנסה, אם אפשר, לשמר מידע כזה בעת תרגום מפורמט ל פוּרמָט.

כמעט כל הבנאים מסוג Block - למשל Header או Para (פיסקה) - לוקחים תכונות ורשימת קודקודים ברמה נמוכה יותר כארגומנטים - Inline, ככלל. לדוגמה, Space או Str הם בנאים מסוג Inline, וגם תג ה-HTML הופך ל-Inline המיוחד שלו. איננו רואים טעם לספק הגדרה מלאה של הסוגים הללו, אך שימו לב שניתן למצוא אותה כאן כאן.

מעניין, הסוג Pandoc הוא מונואיד. זה אומר שיש סוג של מסמך ריק, ושאפשר לערום מסמכים יחד. זה נוח לשימוש בעת כתיבת Readers - ניתן לפרק מסמך לחלקים באמצעות לוגיקה שרירותית, לנתח כל אחד בנפרד, ואז לחבר הכל למסמך אחד. במקרה זה, מטא-מידע ייאסף מכל חלקי המסמך בבת אחת.

בעת המרה, נניח, מ-LaTeX ל-HTML, תחילה מודול מיוחד בשם LaTeXReader ממיר את מסמך הקלט ל-AST, ואז מודול אחר בשם HTMLWriter ממיר את ה-AST ל-HTML. הודות לארכיטקטורה זו, אין צורך לכתוב מספר ריבועי של המרות - מספיק לכתוב Reader ו-Writer עבור כל פורמט חדש, וכל זוגות ההמרות האפשריים יתמכו באופן אוטומטי.

ברור שגם לארכיטקטורה כזו יש את החסרונות שלה, שחזו זה מכבר על ידי מומחים בתחום ארכיטקטורת התוכנה. המשמעותית ביותר היא עלות ביצוע שינויים בעץ התחביר. אם השינוי רציני מספיק, תצטרך לשנות את הקוד בכל הקוראים והכותבים. לדוגמה, אחד האתגרים העומדים בפני מפתחי Pandoc הוא תמיכה בפורמטים מורכבים של טבלאות. כעת Pandoc יכולה ליצור רק טבלאות פשוטות מאוד, עם כותרת, עמודות וערך בכל תא. לדוגמה, פשוט תתעלם מתכונת colspan ב-HTML. אחת הסיבות להתנהגות זו היא היעדר סכמה מאוחדת לייצוג טבלאות בכל הפורמטים או לפחות רבים - בהתאם, לא ברור באיזו צורה יש לאחסן את הטבלאות בייצוג הפנימי. אבל גם לאחר בחירת תצוגה ספציפית, תצטרך לשנות לחלוטין את כל הקוראים והכותבים התומכים בעבודה עם טבלאות.

שפת Haskell נבחרה לא רק בגלל האהבה הגדולה של המחברים לתכנות פונקציונלי. Haskell ידועה ביכולות עיבוד הטקסט הנרחבות שלה. דוגמה אחת היא הספרייה פרסק היא ספרייה המשתמשת באופן פעיל במושגים של תכנות פונקציונלי - מונואידים, מונאדות, פונקציות אפליקטיביות ואלטרנטיביות - כדי לכתוב מנתחים שרירותיים. ניתן לראות את מלוא העוצמה של Parsec ב דוגמא מ- HaskellWiki, שם מנתח שלם של שפת תכנות ציווית פשוטה מנותח. כמובן, Parsec נמצא בשימוש פעיל גם ב- Pandoc.

מתואר בקצרה, מונאדות משמשות לניתוח רציף, כאשר דבר אחד בא קודם, ואחר כך אחר. לדוגמה, בדוגמה זו:

whileParser :: Parser Stmt
whileParser = whiteSpace >> statement

קודם צריך לספור את הרווח, ואחר כך את ההצהרה - שגם לה יש את סוג Parser Stmt.

משתמשים בפונקטורים חלופיים לחזרה לאחור אם הניתוח נכשל. לדוגמה,

statement :: Parser Stmt
statement = parens statement <|> sequenceOfStmt

זה אומר שאתה צריך לנסות לקרוא את ההצהרה בסוגריים, או לנסות לקרוא כמה משפטים ברצף.

פונקציות אפליקטיביות משמשות בעיקר כקיצורי דרך עבור מונאות. לדוגמה, תן לפונקציה tok לקרוא אסימון כלשהו (זוהי פונקציה אמיתית מ-LaTeXReader). בואו נסתכל על השילוב הזה

const <$> tok <*> tok

זה יקרא שני אסימונים ברצף ויחזיר את הראשון.

לכל השיעורים הללו, ל-Haskell יש אופרטורים סמליים יפים, מה שגורם לתכנות Reader להיראות כמו אמנות ASCII. פשוט תתפעל מהקוד הנפלא הזה.

המשימות שלנו היו קשורות ל-LaTeXReader. המשימה של Vasily הייתה לתמוך בפקודות mbox ו-hbox, שימושיות לכתיבת חבילות ב-LaTeX. אליזבת הייתה אחראית לתמיכה בפקודת האפיגרף, המאפשרת ליצור אפיגרף במסמכי LaTeX.

Hatrace

מערכות הפעלה דמויות UNIX מיישמות לרוב את קריאת מערכת ptrace. זה שימושי באיתור באגים ובסימולציה של סביבות תוכניות, ומאפשר לך להתחקות אחר קריאות המערכת שהתוכנית מבצעת. לדוגמה, כלי השירות ה-strace השימושי מאוד משתמש ב-ptrace באופן פנימי.

Hatrace היא ספרייה המספקת ממשק ל-ptrace ב- Haskell. העובדה היא ש-ptrace עצמו הוא מאוד מתוחכם ודי קשה להשתמש בו ישירות, במיוחד משפות פונקציונליות.

Hatrace מתנהלת כמו סטראס בהפעלה ומקבלת טיעונים דומים. היא שונה מ-strace בכך שהיא גם ספרייה המספקת ממשק פשוט יותר מאשר רק ptrace.

בעזרת hatrace, כבר תפסנו באג אחד לא נעים במהדר GHC Haskell - נהרג ברגע הלא נכון, הוא יוצר קבצי אובייקטים שגויים ואינו מרכיב אותם מחדש בעת הפעלה מחדש. סקריפטים על ידי קריאות מערכת אפשרו לשחזר בצורה מהימנה את השגיאה בריצה אחת, בעוד שהרג אקראי שיחזר את השגיאה תוך כשעתיים.

הוספנו ממשקי שיחות מערכת לספרייה - Elizaveta הוסיפה brk, ואסילי הוסיפה mmap. בהתבסס על תוצאות העבודה שלנו, ניתן להשתמש בצורה פשוטה ומדויקת יותר בטיעונים של קריאות מערכת אלו בעת השימוש בספרייה.

מקור: www.habr.com