Haskell/控制结构
Haskell 提供了几种表达不同值之间选择的方式。我们在 Haskell 基础章节中探索了一些。本节将把我们迄今为止所见的内容整合在一起，讨论一些更细致的要点，并介绍一种新的控制结构。
我们已经遇到过这些结构。if 表达式的语法是
if <condition> then <true-value> else <false-value>
<条件>是一个表达式，其结果为布尔值。如果<条件>是True那么<真值>将被返回，否则<假值>将被返回。请注意，在 Haskell 中if是一个表达式（被转换为一个值），而不是像许多命令式语言中的语句（被执行）。[1] 因此，else在 Haskell 中是必须的。由于if是一个表达式，它必须计算出一个结果，无论条件是真还是假，并且else确保了这一点。此外，<真值>和<假值>必须计算出相同类型的值，这将是整个 if 表达式的类型。
当 if 表达式跨越多行时，它们通常通过将 else 与 then 对齐来缩进，而不是与 if 对齐。一种常见的风格如下所示
describeLetter :: Char -> String
describeLetter c =
if c >= 'a' && c <= 'z'
then "Lower case"
else if c >= 'A' && c <= 'Z'
then "Upper case"
else "Not an ASCII letter"
守卫和顶层 if 表达式基本上是可以互换的。使用守卫，上面的例子稍微简洁一些
describeLetter :: Char -> String
describeLetter c
| c >= 'a' && c <= 'z' = "Lower case"
| c >= 'A' && c <= 'Z' = "Upper case"
| otherwise = "Not an ASCII letter"
请记住，otherwise 只是 True 的别名，因此最后一个守卫是一个通配符，扮演了 if 表达式中最后一个 else 的角色。
守卫按其出现的顺序进行评估。考虑如下设置
f (pattern1) | predicate1 = w
| predicate2 = x
f (pattern2) | predicate3 = y
| predicate4 = z
在这里，f 的参数将与 pattern1 进行模式匹配。如果成功，则我们继续进行第一组守卫：如果 predicate1 计算结果为 True，则返回 w。如果不是，则计算 predicate2；如果它是真值，则返回 x。同样，如果不是，则我们继续进行下一种情况，并尝试将参数与 pattern2 匹配，并使用 predicate3 和 predicate4 重复守卫过程。（当然，如果模式都不匹配或模式匹配后谓词都不为真，则会出现运行时错误。无论选择哪种控制结构，都必须确保覆盖所有情况。）
if 结构是表达式的一个方便的结果是，它们可以放置在任何 Haskell 表达式可以放置的位置，允许我们编写如下代码
g x y = (if x == 0 then 1 else sin x / x) * y
请注意，我们编写了没有换行的 if 表达式，以达到最大简洁性。与 if 表达式不同，守卫块不是表达式；因此，let 或 where 定义是在使用它们时最接近这种风格的方法。不用说，更复杂的单行 if 表达式将难以阅读，在这种情况下，let 和 where 成为有吸引力的选择。
前面提到的 || 和 && 运算符实际上是控制结构：它们首先评估第一个参数，然后仅在需要时评估第二个参数。
例如，假设要检查一个很大的数字 n 是否为素数，并且可以使用一个函数 isPrime，但是，评估它需要大量的计算。使用函数 \n -> n == 2 || (n `mod` 2 /= 0 && isPrime n) 将有助于减少对 n 为偶数的情况进行大量评估。
&& 可用于避免发出运行时错误信号，例如除以零或索引超出范围等。例如，以下代码查找列表中最后一个非零元素
lastNonZero a = go a (length a-1)
where
go a l | l >= 0 && a !! l == 0 = go a (l-1)
| l < 0 = Nothing
| otherwise = Just (a !! l)
如果列表的所有元素都为零，则循环将一直执行到 l = -1，在这种情况下，第一个守卫中的条件将在不尝试取消引用不存在的元素 -1 的情况下进行评估。
我们还没有讨论过的一种控制结构是 case 表达式。它们对于分段函数定义来说，就像 if 表达式对于守卫一样。以这个简单的分段定义为例
f 0 = 18
f 1 = 15
f 2 = 12
f x = 12 - x
它等价于——实际上是——case 版本的语法糖
f x =
case x of
0 -> 18
1 -> 15
2 -> 12
_ -> 12 - x
无论我们选择哪个定义，当调用 f 时都会发生相同的事情：参数 x 按顺序与所有模式进行匹配，并且在第一次匹配时，对应等号（在分段版本中）或箭头（在 case 版本中）右侧的表达式将被评估。请注意，在这个 case 表达式中，不需要在模式中写入 x；通配符模式 _ 具有相同的效果。[2]
在使用 case 时，缩进非常重要。case 必须比包含 of 关键字的行开头缩进更多，并且所有 case 必须具有相同的缩进。为了说明，这里列出了 case 表达式的另外两种有效布局
f x = case x of
0 -> 18
1 -> 15
2 -> 12
_ -> 12 - x
f x = case x of 0 -> 18
1 -> 15
2 -> 12
_ -> 12 - x
由于任何 case 分支的左侧只是一个模式，因此它也可以用于绑定，就像在分段函数定义中一样：[3]
describeString :: String -> String
describeString str =
case str of
(x:xs) -> "The first character of the string is: " ++ [x] ++ "; and " ++
"there are " ++ show (length xs) ++ " more characters in it."
[] -> "This is an empty string."
此函数使用人类可读的字符串描述了str的一些属性。在这里，使用 case 语法将变量绑定到列表的头和尾很方便，但您也可以使用 if 表达式来实现此目的（使用 null str 作为条件来选择空字符串情况）。
最后，就像 if 表达式（与分段定义不同）一样，case 表达式可以嵌入到任何其他表达式适合的位置
data Colour = Black | White | RGB Int Int Int
describeBlackOrWhite :: Colour -> String
describeBlackOrWhite c =
"This colour is"
++ case c of
Black -> " black"
White -> " white"
RGB 0 0 0 -> " black"
RGB 255 255 255 -> " white"
_ -> "... uh... something else"
++ ", yeah?"
上面的 case 块适合任何字符串的位置。以这种方式编写 describeBlackOrWhite 使 let/where 变得不必要（尽管结果定义的可读性不如前者）。
| 练习 |
|---|
使用 case 表达式实现一个 fakeIf 函数，该函数可以用作熟悉的 if 表达式的替代品。 |
在本章的最后部分，我们将回顾“简单输入和输出”章节中的讨论，并介绍一些关于控制结构的额外要点。在控制操作部分，我们使用了以下函数来说明如何在使用if表达式的do块中条件执行操作
doGuessing num = do
putStrLn "Enter your guess:"
guess <- getLine
if (read guess) < num
then do putStrLn "Too low!"
doGuessing num
else if (read guess) > num
then do putStrLn "Too high!"
doGuessing num
else putStrLn "You Win!"
我们可以使用case表达式编写相同的doGuessing函数。为此，我们首先介绍Prelude函数compare，它接受相同类型（在Ord类中）的两个值，并返回类型为Ordering的值——即GT、LT、EQ中的一个，具体取决于第一个值是否大于、小于或等于第二个值。
doGuessing num = do
putStrLn "Enter your guess:"
guess <- getLine
case compare (read guess) num of
LT -> do putStrLn "Too low!"
doGuessing num
GT -> do putStrLn "Too high!"
doGuessing num
EQ -> putStrLn "You Win!"
在do中，->后面的操作是必要的，因为我们正在每个分支内对操作进行顺序执行。
现在，我们将消除一个可能存在的混淆来源。在一个典型的命令式语言（例如C）中，doGuessing的实现可能如下所示（如果您不了解C，请不要担心细节，只需关注if-else链即可）
void doGuessing(int num) {
printf("Enter your guess:");
int guess = atoi(readLine());
if (guess == num) {
printf("You win!\n");
return;
}
// we won't get here if guess == num
if (guess < num) {
printf("Too low!\n");
doGuessing(num);
} else {
printf("Too high!\n");
doGuessing(num);
}
}
这个doGuessing首先测试相等情况，这不会导致doGuessing的新调用，并且if没有伴随的else。如果猜测正确，则使用return语句立即退出函数，跳过其他情况。现在，回到Haskell，do块中的操作顺序看起来很像命令式代码，而且实际上Prelude中确实存在一个return。然后，知道case表达式（不像if表达式）不会强制我们覆盖所有情况，人们可能会倾向于编写上面C代码的逐字翻译（如果您好奇，可以尝试运行它）...
doGuessing num = do
putStrLn "Enter your guess:"
guess <- getLine
case compare (read guess) num of
EQ -> do putStrLn "You win!"
return ()
-- we don't expect to get here if guess == num
if (read guess < num)
then do putStrLn "Too low!"
doGuessing num
else do putStrLn "Too high!"
doGuessing num
...但它不会工作！如果您猜对了，函数将首先打印“您赢了！”，但它不会退出return ()。相反，程序将继续执行if表达式，并检查guess是否小于num。当然不是，因此将执行else分支，它将打印“太高了！”，然后要求您再次猜测。对于错误的猜测，情况也没有好转：它将尝试评估case表达式，并获得compare结果的LT或GT。在任何一种情况下，它都没有匹配的模式，程序将立即因异常而失败（像往常一样，不完整的case本身就足以引起怀疑）。
这里的问题是return根本不等于同名C（或Java等）语句。对于我们的直接目的，我们可以说return是一个函数。[4] 特别是return ()计算出一个什么也不做的操作。return根本不影响控制流。在猜测正确的案例中，case表达式计算出return ()，一个类型为IO ()的操作，执行将正常继续。
底线是，虽然操作和do块类似于命令式代码，但必须根据它们自己的术语——Haskell术语来处理。
| 练习 |
|---|
main =
do x <- getX
putStrLn x
getX =
do return "My Shangri-La"
return "beneath"
return "the summer moon"
return "I will"
return "return"
return "again"
|
注释
- ↑ 如果您使用过C或Java，您会将Haskell的if/then/else识别为三元条件运算符
?:的等价物。 - ↑ 要了解为什么是这样，请考虑我们在模式匹配部分中对匹配和绑定的讨论
- ↑ 因此，
case表达式比命令式语言中大多数表面上类似的switch/case语句要通用得多，后者通常仅限于对整数基本类型的相等性测试。 - ↑ 多余的说明：更接近于正确的解释，我们可以说
return是一个函数，它接受一个值并将其转换为一个操作，当该操作被评估时，会给出原始值。我们在处理的do块中的return "strawberry"将具有类型IO String——与getLine相同的类型。如果现在还不理解，请不要担心；当我们真正开始在本书的后面讨论单子时，您将理解return的真正含义。