Standard ML
Standard ML (SML) je staticky orientovaný typově bezpečný univerzální programovací jazyk, který ztělesňuje mnoho nápadů v oblasti návrhů a implementace programovacích jazyků. Podporuje polymorfní inference typů a automaticky zajišťuje efektivní správu paměti. Podporuje funkcionální programování, ale zároveň umožňuje imperativní programování. Usnadňuje programování s rekurzí a symbolických datových struktur skrze podporu šablon (angl. „pattern matching“). Tento jazyk je vybaven rozšiřitelným mechanismem pro manipulaci výjimek a poskytuje flexibilní modulovací prostředky pro strukturování velkých programů. Většina implementací nabízí rozsáhlé knihovny a užitečné vývojové nástroje. Téměř všechny kompilátory generují nativní strojový kód, a to i při interaktivním režimu interpreta. Jazyk je populární mezi informatiky, kteří kompilátory navrhují a nebo implementují.
SML je moderní potomek programovacího jazyka ML, který byl poprvé navržen k práci na projektu „Logic for Computable Functions (LCF)“ k dokazování teorémů. Zkratka "ML" je odvozená z anglického „Meta Language“, což přeloženo do češtiny znamená „meta jazyk“ a je výrazem z oblasti jazykové logiky. V němž jsou analyzovány i jiné jazyky (formální nebo neformální). V roce 1983, Milner[1][2] napsal první návrh standardizované formy ML a během následujících tří let se vyvinul jazyk Standard ML.
Ukázky kódu
Standardní ML je standardizovaný funkcionální programovací jazyk s některými „nečistými“ rysy (angl. „impure features“), které umožňuji vedlejší účinky (angl. „side effects“). Jako všechny funkcionální jazyky, klíčovým a základním prvkem Standard ML je funkce. Zde je příklad faktoriální funkce:
fun factorial n =
if n = 0 then 1 else n * factorial (n-1)
Kompilátor Standard ML umí odvodit statický typ int -> int pro tuto funkci. Nejdříve odvodí, že „n“ je pouze uvedená s celočíselnými výrazy (int), a z toho odvodí, že výsledek výpočtu musí být také celé číslo. Stejná funkce může být vyjádřena pomocí klausule. „If-then-else“ nahradíme sekvencí šablon oddělených symbolem "|", kde každý prvek v seznamu je vyzkoušen jeden po druhém, dokud není nalezena shoda:
fun factorial 0 = 1
| factorial n = n * factorial (n - 1)
Můžeme to také napsat takto:
val rec factorial = fn n => case n of 0 => 1 | n => n * factorial (n - 1)
Nebo také jako lambda:
val rec factorial = fn 0 => 1 | n => n * factorial(n -1)
Tři klíčová slova:
- „val“ zavádí vazbu (binding),
- „fn“ zavádí definici anonymní funkce,
- „case“ představuje sekvenci vzorů a odpovídajících výrazů. Použitím lokální funkce, výše uvedenou funkci můžeme přepsat na účinnější styl rekurze, tzv. „tail recursion“:
fun factorial n = let
fun lp (0, acc) = acc
| lp (m, acc) = lp (m-1, m*acc)
in
lp (n, 1)
end
Standard ML poskytuje silnou podporu pro algebraické datové typy. Datový typ v SML může být chápán jako disjunktní spojení prvku. Jsou snadno definovatelné a snadno se s nimi programuje hlavně proto, že SML dokáže dobře pracovat se vzory (pattern matching) a kontrolou úplnosti vzorů i kontrolou redundance vzorů. Typ je definován pomocí klíčového slova „type“. Taková entita je jen pomůcka programátora, tedy synonymem, které pomáhá vytvářet abstrakci. Zde je například typ pro bod v rovině:
type bod = real * real
Datový typ je definován pomoci klíčového slova „datatype“:
datatype Shape = Circle of loc * real (* center and radius *) | Square of loc * real (* upper-left corner and side length *)
Vzory lze vložit do definice funkce takto:
fun area (Circle (_, r)) = 3.14 * r * r | area (Square (_, s)) = s * s
Všimněte si, že dílčí části, jejichž hodnoty nejsou nutné v tomto výpočtu, nahrazujeme podtržítkem zastupujícím tomto případě vzor.
Funkce v SML jsou vyššího řádu a mohou přijímat jiné funkce jako své argumenty:
fun applyToBoth f x y = (f x, f y)
Funkce mohou produkovat další funkce a vracet je:
fun constantFn k =
let
fun const anything = k
in
const
end
případně:
fun constantFn k = (fn anything => k)
Funkce mohou přijímat i produkovat funkce:
fun compose (f, g) =
let
fun h x = f (g x)
in
h
end
případně:
fun compose (f, g) = (fn x => f (g x))
Výjimky
Výjimky jsou vyvolány pomoci klíčovým slovem „raise“, a zachází se s nimi pomoci vzorů.
exception Undefined
fun max [x] = x
| max (x::xs) = let val m = max xs in if x > m then x else m end
| max [] = raise Undefined
fun main xs = let
val msg = (Int.toString (max xs)) handle Undefined => "empty list, no max!"
in
print (msg ^ "\n")
end
Výjimky lze i využit k realizaci výstupu z funkce:
exception Zero
fun listProd ns = let
fun p [] = 1
| p (0::_) = raise Zero
| p (h::t) = h * p t
in
(p ns) handle Zero => 0
End
Když výjimka „Zero“ je vybrána pro vzor odpovídající případu 0, funkci opustíme úplně.
Výrokový jazyk
Všimněte si relativní snadnosti, se kterou je zde definován a zpracováván malý výrokový jazyk:
exception Err
datatype ty
= IntTy
| BoolTy
datatype exp
= True
| False
| Int of int
| Not of exp
| Add of exp * exp
| If of exp * exp * exp
fun typeOf (True) = BoolTy
| typeOf (False) = BoolTy
| typeOf (Int _) = IntTy
| typeOf (Not e) = if typeOf e = BoolTy then BoolTy else raise Err
| typeOf (Add (e1, e2)) =
if (typeOf e1 = IntTy) andalso (typeOf e2 = IntTy) then IntTy else raise Err
| typeOf (If (e1, e2, e3)) =
if typeOf e1 <> BoolTy then raise Err
else if typeOf e2 <> typeOf e3 then raise Err
else typeOf e2
fun eval (True) = True
| eval (False) = False
| eval (Int n) = Int n
| eval (Not e) =
(case eval e
of True => False
| False => True
| _ => raise Fail "type-checking is broken")
| eval (Add (e1, e2)) = let
val (Int n1) = eval e1
val (Int n2) = eval e2
in
Int (n1 + n2)
end
| eval (If (e1, e2, e3)) =
if eval e1 = True then eval e2 else eval e3
fun chkEval e = (ignore (typeOf e); eval e) (* will raise Err on type error *)
Implementace
Existuji mnoha implementace SML:
- Standard ML of New Jersey (SML/NJ) http://www.smlnj.org/.
- Moscow ML http://www.itu.dk/people/sestoft/mosml.html.
