Haskell 中“case”表达式的求值

Question

我目前正在学习 Haskell 并遇到了这个表达式。

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statement\n   case 1 \xc2\xb4div\xc2\xb4 0 of _ -> 42\n

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我的直觉是，由于除以 0，这将导致运行时错误，但从测试来看，情况并非如此。

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我的结论是，这一定是由于 Haskell 内部的惰性求值造成的。因为_任何东西的匹配它都不会检查它与什么比较？

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因此，是否有人可以告诉我这个评估是否正确，如果不正确，原因是什么。另请详细说明在不实际查看表达式的情况下 case 行可以匹配的前提。

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Answer 1

你的分析很准确，但是这实际上很繁琐。这并不复杂，但需要仔细考虑非常精确的问题。

在哈斯克尔

case 表达式具有一般形式

case exp0 of {pat1 -> exp1 ; ...}

当 case 表达式被求值时，exp0被求值得足够远以确定它是否匹配pat1。如果是这样，则 case 表达式将使用为其创建的exp1任何附加绑定进行计算。pat1如果不匹配，则会进入下一个模式或防护并重复。（如果没有匹配，则计算结果为异常。）

值得注意的是，您的第一个替代方案可以匹配所有内容，无需任何评估。div 1 0因此不进行任何评估。该模式不绑定任何内容，然后 case 表达式的计算结果为 42。

这与您所做的不同：

case 1 `div` 0 of
    0 -> 42
    _ -> 42

在这种情况下，div必须对表达式求值以查看它是否等于 0。这会导致异常，该异常将成为整个 case 表达式的结果。即使两个分支具有相同的值也是如此。模式的内容对于确定与严格性相关的行为非常重要。

核心

GHC Haskell 编译器是迄今为止最常见的，它有一个称为“核心”的中间表示，它看起来与 Haskell 类似，但类型类和大多数语法糖完全脱糖。Core 的语义也与 Haskell 略有不同，特别是在其 case 结构方面。在核心中，case 总是会导致对顶级构造函数的求值。通过嵌套重写模式以匹配原始 Haskell 代码的模式语义。

本节有点旁白，但如果您研究优化 Haskell 代码，您将遇到核心，并且了解其中的差异很有用。

Answer 2

我的结论是，这一定是由于 Haskell 内部的惰性求值造成的。因为_任何东西的匹配它都不会检查它与什么比较？

对，就是这样！

在模式匹配期间，仅执行匹配模式中的构造函数（和数字/字符文字）所需的评估。如果模式是变量或通配符_，则不需要计算。

case undefined of _ -> ()  -- OK
case undefined of True -> () -- crash
case undefined of (_,_) -> () -- crash
case (undefined, 4) of (_,x) -> x+1 -- OK

此外，模式匹配是从左到右、从上到下进行的：

case (4, undefined) of
   (3, True) -> 1
   (4, _)    -> 2

评估为2- 我们首先匹配4，但在我们尝试匹配3之前失败。通过这种方式，我们避免了崩溃，第二种模式成功了。undefinedTrue(4, _)

（详尽地说：实际上有一个例外。如果您针对newtype构造函数进行模式匹配，则不会发生任何评估。您可以暂时忽略这种情况，因为您正在学习 - 这并不常见。）