获取 Haskell 类型类中的实例列表

Question

有没有一种方法可以以编程方式获取类型类的实例列表？

让我震惊的是，编译器必须知道这些信息才能进行类型检查和编译代码，因此有什么方法可以告诉编译器：嘿，你知道该类的那些实例，请在此处列出它们的列表（如字符串或它们的任何表示形式）。

Answer 1

您可以使用 Template Haskell 生成给定类型类范围内的实例。

import Language.Haskell.TH

-- get a list of instances
getInstances :: Name -> Q [ClassInstance]
getInstances typ = do
  ClassI _ instances <- reify typ
  return instances

-- convert the list of instances into an Exp so they can be displayed in GHCi
showInstances :: Name -> Q Exp
showInstances typ = do
  ins <- getInstances typ
  return . LitE . stringL $ show ins

在 GHCi 中运行：

*Main> $(showInstances ''Num)
"[ClassInstance {ci_dfun = GHC.Num.$fNumInteger, ci_tvs = [], ci_cxt = [], ci_cls = GHC.Num.Num, ci_tys = [ConT GHC.Integer.Type.Integer]},ClassInstance {ci_dfun = GHC.Num.$fNumInt, ci_tvs = [], ci_cxt = [], ci_cls = GHC.Num.Num, ci_tys = [ConT GHC.Types.Int]},ClassInstance {ci_dfun = GHC.Float.$fNumFloat, ci_tvs = [], ci_cxt = [], ci_cls = GHC.Num.Num, ci_tys = [ConT GHC.Types.Float]},ClassInstance {ci_dfun = GHC.Float.$fNumDouble, ci_tvs = [], ci_cxt = [], ci_cls = GHC.Num.Num, ci_tys = [ConT GHC.Types.Double]}]"

另一个有用的技术是使用 GHCi 显示给定类型类范围内的所有实例。

Prelude> :info Num
class (Eq a, Show a) => Num a where
  (+) :: a -> a -> a
  (*) :: a -> a -> a
  (-) :: a -> a -> a
  negate :: a -> a
  abs :: a -> a
  signum :: a -> a
  fromInteger :: Integer -> a
    -- Defined in GHC.Num
instance Num Integer -- Defined in GHC.Num
instance Num Int -- Defined in GHC.Num
instance Num Float -- Defined in GHC.Float
instance Num Double -- Defined in GHC.Float

编辑：要知道的重要一点是编译器只知道任何给定模块（或在 ghci 提示符等）范围内的类型类。因此，如果您在没有导入的情况下调用 showInstances TH 函数，您将只能从 Prelude 中获取实例。如果您的范围内还有其他模块，例如 Data.Word，那么您也会看到所有这些实例。

Answer 2

请参阅模板 haskell 文档： http://hackage.haskell.org/packages/archive/template-haskell/2.5.0.0/doc/html/Language-Haskell-TH.html

使用reify，您可以获取一个信息记录，其中包含类的实例列表。您还可以直接使用 isClassInstance 和 classInstances。

Answer 3

一旦您获得实例声明

instance Eq a => Eq [a] where
    [] == [] = True
    (x:xs) == (y:ys) = x == y && xs == ys
    _ == _ = False

以及

instance (Eq a,Eq b) => Eq (a,b) where
    (a1,b1) == (a2,b2) = a1 == a2 && b1 == b2

单个具体实例（例如instance Eq Bool），这就会遇到很多问题。

您将获得 Eq 的无限实例列表 - Bool、[Bool]、[[Bool]],[[[Bool]]] 等等，(Bool,Bool), ((Bool,Bool),Bool), (((Bool,Bool),Bool),Bool) 等等，以及这些的各种组合，例如 ([((Bool,[Bool]),Bool)],Bool)等等。目前尚不清楚如何在 String 中表示这些；即使是 TypeRep 列表也需要一些非常智能的枚举。

编译器可以（尝试）推断出某个类型是否是任何给定类型的 Eq 实例，但它不会读取作用域中的所有实例声明，然后只是开始推断所有可能的实例，因为这永远不会结束！

当然，重要的问题是，你需要这个做什么？

Answer 4

我想，这是不可能的。我向您解释了类型类的实现（对于 GHC），从中您可以看到，编译器不需要知道哪些类型是类型类的实例。它只需要知道特定类型是否是实例。

类型类将被转换为数据类型。作为示例，让我们以 Eq 为例：

class Eq a where
  (==),(/=) :: a -> a -> Bool

类型类将被转换为一种字典，包含其所有功能：

data Eq a = Eq {
    (==) :: a -> a -> Bool,
    (/=) :: a -> a -> Bool
  }

然后，每个类型类约束将转换为包含字典的额外参数：

elem :: Eq a => a -> [a] -> Bool
elem _ [] = False
elem a (x:xs) | x == a    = True
              | otherwise = elem a xs

成为：

elem :: Eq a -> a -> [a] -> Bool
elem _  _ [] = False
elem eq a (x:xs) | (==) eq x a = True
                 | otherwise   = elem eq a xs

重要的事情也就是说，字典将在运行时传递。想象一下，您的项目包含许多模块。 GHC 不必检查所有模块的实例，它只需查找实例是否在任何地方定义。

但如果您有可用的源代码，我想对实例使用旧式的 grep 就足够了。

Answer 5

对于现有的类，不可能自动执行此操作。对于您自己的类及其实例，您可以这样做。您需要通过 Template Haskell （或者可能是准引用）声明所有内容，它会自动生成一些奇怪的数据结构，对声明的实例进行编码。定义奇怪的数据结构并让 Template Haskell 执行此操作，这些细节留给有用例的人。

也许您可以在构建中添加一些 Template Haskell 或其他魔法，以将所有源文件作为运行时可用的文本包含在内（参见程序 quine）。然后你的程序将“grep 自身”...