这是一篇关于用 Haskell 实现带有图归约的函数式语言的博客文章,主要内容如下:
- 摘要:用基于经典组合子的图归约机在 Haskell 中实现一个小型函数式语言,分为λ-演算解析、到组合逻辑组合子的编译、图归约三部分。
- 引言:之前尝试用 Haskell 的 CCC 实现扩展为小型函数式语言的概念验证失败,此次回归到用 SKI 图归约作为语言实现的后端,介绍了实现方法及未来扩展方向。
- 表示λ-表达式:目标语言是纯λ-演算加整数,用
Expr
数据类型表示表达式,用Environment
类型表示顶级环境。 - 解析器:基于 Parsec 的简单解析器,大部分代码取自A Combinatory Compiler,并添加了整数解析。
括号抽象:
- 动机:为解决变量处理问题,完全摆脱变量,用 SKI 组合子演算将闭λ-项重写为仅含三个基本组合子 I、K、S 的形式。
- 基本抽象规则:通过递归应用特定方程将闭λ-项重写为 I、K、S,在 Haskell 中实现为
babs0
函数。 - 优化:引入 B 和 C 组合子来优化 SKI 组合子项的大小,通过
opt
和ropt
函数进行二次优化。
- 图归约概述:图归约具有保持正常序归约(惰性求值)、避免重复求值、避免处理运行时局部环境和变量作用域、减少参数数据复制等优点,以一个简单示例展示了图归约的过程。
- 用可变引用分配图:使用 Haskell 的
Data.STRef
类型实现可变引用,用于节点共享和节点的就地修改,定义了Graph
和Combinator
数据类型,以及allocate
函数用于将Expr
分配到Graph
中。 - 执行图归约:定义
spine
函数计算图的左祖先栈,step
函数执行单个归约步骤,根据组合子的不同实现reduce
函数,normalForm
函数用于将图归约到规范形式,reduceGraph
函数用于计算图的规范形式。 - 递归:λ-演算不直接支持递归,需要固定点组合子
Y
来实现递归行为,通过reduce Y
函数实现Y
组合子的图归约,能显著减少fact 10000
的执行时间。 - 下一步:扩展为完整的编程环境,实现直接和相互递归、不同的括号抽象算法、到闭笛卡尔范畴的括号抽象、列表支持、并行性支持等。
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