¿Cómo funciona la derivación en Haskell?

Los tipos de datos algebraicos (ADT) en Haskell pueden convertirse automáticamente en instancias de algunos tipos de clases (comoShow,Eq) derivando de ellos.

data  Maybe a  =  Nothing | Just a
  deriving (Eq, Ord)

Mi pregunta es, ¿cómo funciona esto deriving , es decir, cómo sabe Haskell cómo implementar las funciones de la clase de tipos derivada para el ADT derivado?

Además, ¿por qué está derivingrestringido a determinadas clases de tipos? ¿Por qué no puedo escribir mi propia clase de tipos que pueda derivarse?

La respuesta corta es, magia :-). Esto quiere decir que la derivación automática está incorporada en la especificación de Haskell, y cada compilador puede optar por implementarla a su manera. Sin embargo, hay mucho trabajo sobre cómo hacerlo extensible.

Derive es una herramienta para Haskell que le permite escribir sus propios mecanismos de derivación.

GHC solía proporcionar una extensión de clase de tipo derivable llamada Clases genéricas , pero rara vez se usaba, ya que era algo débil. Eso ya se ha eliminado y se está trabajando para integrar un nuevo mecanismo de derivación genérico como se describe en este documento: http://www.dreixel.net/research/pdf/gdmh.pdf

Para obtener más información sobre esto, consulte:

• Wiki de GHC: http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/Compiler/GenericDeriving
• Wiki de Haskell: http://www.haskell.org/haskellwiki/Generics
• Hackage: http://hackage.haskell.org/package/generic-deriving

Del informe Haskell 98:

Las únicas clases en Prelude para las que se permiten instancias derivadas son Eq, Ord, Enum, Bounded, Show y Read ...

Aquí está la descripción de cómo derivar estas clases de tipos: http://www.haskell.org/onlinereport/derived.html#derived-appendix

Es posible utilizar Template Haskell para generar declaraciones de instancia de una manera similar a las cláusulas derivadas.

El siguiente ejemplo fue robado descaradamente de la Wiki de Haskell :

En este ejemplo usamos el siguiente código Haskell

$(gen_render ''Body)

para producir la siguiente instancia:

instance TH_Render Body where
  render (NormalB exp) = build 'normalB exp
  render (GuardedB guards) = build 'guardedB  guards

La función gen_renderanterior se define como sigue. (Tenga en cuenta que este código debe estar en un módulo separado del uso anterior).

-- Generate an intance of the class TH_Render for the type typName
gen_render :: Name -> Q [Dec]
gen_render typName =
  do (TyConI d) <- reify typName -- Get all the information on the type
     (type_name,_,_,constructors) <- typeInfo (return d) -- extract name and constructors                  
     i_dec <- gen_instance (mkName "TH_Render") (conT type_name) constructors
                      -- generation function for method "render"
                      [(mkName "render", gen_render)]
     return [i_dec]  -- return the instance declaration
             -- function to generation the function body for a particular function
             -- and constructor
       where gen_render (conName, components) vars 
                 -- function name is based on constructor name  
               = let funcName = makeName $ unCapalize $ nameBase conName 
                 -- choose the correct builder function
                     headFunc = case vars of
                                     [] -> "func_out"
                                     otherwise -> "build" 
                      -- build 'funcName parm1 parm2 parm3 ...
                   in appsE $ (varE $ mkName headFunc):funcName:vars -- put it all together
             -- equivalent to 'funcStr where funcStr CONTAINS the name to be returned
             makeName funcStr = (appE (varE (mkName "mkName")) (litE $ StringL funcStr))

Que utiliza las siguientes funciones y tipos.

Primero, algunos sinónimos de tipo para hacer el código más legible.

type Constructor = (Name, [(Maybe Name, Type)]) -- the list of constructors
type Cons_vars = [ExpQ] -- A list of variables that bind in the constructor
type Function_body = ExpQ 
type Gen_func = Constructor -> Cons_vars -> Function_body
type Func_name = Name   -- The name of the instance function we will be creating
-- For each function in the instance we provide a generator function
-- to generate the function body (the body is generated for each constructor)
type Funcs = [(Func_name, Gen_func)]

La principal función reutilizable. Le pasamos la lista de funciones para generar las funciones de la instancia.

-- construct an instance of class class_name for type for_type
-- funcs is a list of instance method names with a corresponding
-- function to build the method body
gen_instance :: Name -> TypeQ -> [Constructor] -> Funcs -> DecQ
gen_instance class_name for_type constructors funcs = 
  instanceD (cxt [])
    (appT (conT class_name) for_type)
    (map func_def funcs) 
      where func_def (func_name, gen_func) 
                = funD func_name -- method name
                  -- generate function body for each constructor
                  (map (gen_clause gen_func) constructors)

Una función auxiliar de las anteriores.

-- Generate the pattern match and function body for a given method and
-- a given constructor. func_body is a function that generations the
-- function body
gen_clause :: (Constructor -> [ExpQ] -> ExpQ) -> Constructor -> ClauseQ
gen_clause func_body data_con@(con_name, components) = 
      -- create a parameter for each component of the constructor
   do vars <- mapM var components
      -- function (unnamed) that pattern matches the constructor 
      -- mapping each component to a value.
      (clause [(conP con_name (map varP vars))]
            (normalB (func_body data_con (map varE vars))) [])
       -- create a unique name for each component. 
       where var (_, typ) 
                 = newName 
                   $ case typ of 
                     (ConT name) -> toL $ nameBase name
                     otherwise   -> "parm"
               where toL (x:y) = (toLower x):y

unCapalize :: [Char] -> [Char]
unCapalize (x:y) = (toLower x):y

Y algunos códigos auxiliares prestados tomados de Syb III / replib 0.2.

typeInfo :: DecQ -> Q (Name, [Name], [(Name, Int)], [(Name, [(Maybe Name, Type)])])
typeInfo m =
     do d <- m
        case d of
           d@(DataD _ _ _ _ _) ->
            return $ (simpleName $ name d, paramsA d, consA d, termsA d)
           d@(NewtypeD _ _ _ _ _) ->
            return $ (simpleName $ name d, paramsA d, consA d, termsA d)
           _ -> error ("derive: not a data type declaration: " ++ show d)

     where
        consA (DataD _ _ _ cs _)    = map conA cs
        consA (NewtypeD _ _ _ c _)  = [ conA c ]

        {- This part no longer works on 7.6.3
        paramsA (DataD _ _ ps _ _) = ps
        paramsA (NewtypeD _ _ ps _ _) = ps
        -}

        -- Use this on more recent GHC rather than the above
        paramsA (DataD _ _ ps _ _) = map nameFromTyVar ps
        paramsA (NewtypeD _ _ ps _ _) = map nameFromTyVar ps

        nameFromTyVar (PlainTV a) = a
        nameFromTyVar (KindedTV a _) = a


        termsA (DataD _ _ _ cs _) = map termA cs
        termsA (NewtypeD _ _ _ c _) = [ termA c ]

        termA (NormalC c xs)        = (c, map (\x -> (Nothing, snd x)) xs)
        termA (RecC c xs)           = (c, map (\(n, _, t) -> (Just $ simpleName n, t)) xs)
        termA (InfixC t1 c t2)      = (c, [(Nothing, snd t1), (Nothing, snd t2)])

        conA (NormalC c xs)         = (simpleName c, length xs)
        conA (RecC c xs)            = (simpleName c, length xs)
        conA (InfixC _ c _)         = (simpleName c, 2)

        name (DataD _ n _ _ _)      = n
        name (NewtypeD _ n _ _ _)   = n
        name d                      = error $ show d

simpleName :: Name -> Name
simpleName nm =
   let s = nameBase nm
   in case dropWhile (/=':') s of
        []          -> mkName s
        _:[]        -> mkName s
        _:t         -> mkName t