Clean

Clean
Clean
Семантика	функциональный
Класс языка	чистый функциональный язык программирования[вд], язык программирования и non-strict programming language[вд]
Появился в	1987; 37 лет назад
Автор	Software Technology Research Group of Radboud University Nijmegen
Выпуск	3.1 (5 января 2022; 2 года назад)
Система типов	строгая
Основные реализации	Clean
Испытал влияние	Lean
Лицензия	GNU LGPL
Сайт	clean.cs.ru.nl (англ.)

Clean — чистый функциональный язык программирования, поддерживающий основные принципы парадигмы функционального программирования. Для вычислений использует традиционные математические способы вывода значений — унифицированную подстановку и математическую индукцию.

Характеристики языка

Ленивые вычисления с возможностью отказа от них в целях оптимизации;
Чистота;
Использование функций высшего порядка;
Ссылочная прозрачность;
Списковое включение;
Охраняющие выражения;
Сборка мусора;
Каррирование;
Система типов Хиндли — Милнера (т.е. сильная статическая с выводом типов, включающая абстрактные и алгебраические полиморфные типы данных);
Модульность;
Возможность использования библиотек ввода-вывода и создания графического интерфейса пользователя.

Интегрированная среда разработки (IDE) для Windows включена в дистрибутив Clean.

Язык Clean во многом похож (в том числе и синтаксически) на язык Haskell. Главным отличием Clean от Haskell является способ взаимодействия с внешним состоянием (т.е. способ ввода/вывода): вместо монад Clean использует типы, гарантирующие уникальность. Это обеспечивает более высокую эффективность в соответствующих фрагментах кода, т.к. абстрактные структуры данных деструктивно обновляются, а не замещаются.

Транслятор языка Clean использует переписывание и редукцию^[англ.] графов и порождает нативный код относительно высокой эффективности (то обгоняя Haskell, то отставая от него), используя Си в качестве промежуточного языка.

Примеры

Hello, world!:

 module hello
 Start :: {#Char}
 Start = "Hello, world!"

Факториал:

  module factorial
  import StdEnv
  fac 0 = 1
  fac n = n * fac (n-1)

  // Найти факториал 10
  Start = fac 10

  module factorial2
  import StdEnv
  fac 0 = 1
  fac n = prod [1..n] // Произведение чисел от 1 до n

  // Найти факториал 6
  Start = fac 6

Числа Фибоначчи:

  module fibonacci
  fib 0 = 0
  fib 1 = 1
  fib n = fib (n - 2) + fib (n - 1) 
  Start = fib 7

Инфиксный оператор:

  (^) infixr 8 :: Int Int -> Int
  (^) x 0 = 1
  (^) x n = x * x ^ (n-1)

В этом объявлении описывается, что функция является правоассоциативным инфиксным оператором с приоритетом 8: это означает, что x*x^(n-1) эквивалентно x*(x^(n-1)) в противоположность (x*x)^(n-1). Этот оператор предварительно определён в StdEnv, стандартной библиотеке Clean.

Как работает Clean

Вычисления основаны на переписывании и редукции графов^[англ.]. Константы, такие как числа, представляют собой графы, а функции — формулы перезаписи графа. Это, в сочетании с компиляцией в машинный код, делает программы, написанные на Clean и использующие высокий уровень абстракции, работающими относительно быстро. Это подтверждается тестами Computer Language Benchmarks Game.

Компиляция

Исходные файлы (.icl) и файлы определений (.dcl) транслируются в Core Clean, базовый вариант Clean, на Clean.
Core Clean преобразуется в независимый от платформы байт-код (.abc), который реализован на Си и Clean.
Байт-код преобразуется в объектный код объекта (.o) с использованием Си.
Объектный код объекта связывается с другими файлами в модуле и системой времени выполнения и преобразуется в обычный исполняемый файл.

Ранее версии Clean были полностью написаны на языке C во избежание проблем с раскруткой компилятора.

Система SAPL компилирует Core Clean на JavaScript и не использует байт-код ABC.

ABC-машина

Чтобы закрыть промежуток между Core Clean, функциональным языком высокого уровня и машинным кодом, используется ABC-машина. Это императивная абстрактная машина для перезаписи графов. Генерирование конкретного машинного кода из абстрактного кода ABC является относительно небольшим шагом, поэтому с помощью ABC-машины гораздо проще генерировать код для нескольких архитектур.

ABC-машина имеет необычную модель памяти^[англ.] . Она имеет хранилище графа, чтобы сохранять отредактированный граф во время перезаписи. Стек A (Argument — аргументы) хранит аргументы, относящиеся к узлам в хранилище графов. Таким образом, аргументы узла могут быть переписаны, что необходимо для сопоставления образцов. Стек B (Basic value — основные значения) содержит основные значения (целые числа, символы, числа и т. д.). Хотя это и не является строго необходимым (все эти элементы могут быть узлами в хранилище графов), использование отдельного стека намного эффективнее. Стек C (Control — управление) содержит адреса возвратов для управления потоком.

Платформы

Clean имеет версии для Microsoft Windows, macOS и Linux.

Некоторые библиотеки недоступны для некоторых платформ. Например, ObjectIO, доступна только для Windows и macOS. Функция записи динамиков в файлы доступна только для Windows.

Синтаксические различия с Haskell

Синтаксис Clean очень похож на Haskell с некоторыми заметными отличиями:

Haskell	Clean	Remarks
[ x \| x <- [1..10] , isOdd x]	[ x \\ x <- [1..10] \| isOdd x]	Списковое включение
x:xs	[x:xs]	Оператор cons
data Tree a = Empty \| Node (Tree a) a (Tree a)	:: Tree a = Empty \| Node (Tree a) a (Tree a)	Алгебраический тип данных
(Eq a, Eq b) => ...	... \| Eq a & Eq b	class assertions and contexts
fun t@(Node l x r) = ...	fun t=:(Node l x r) = ...	as-patterns
if x > 10 then 10 else x	if (x > 10) 10 x	if

В основном, у Haskell больше синтаксического сахара, чем у Clean.

Ссылки

Официальный ресурс функционального языка программирования Clean — является рабочим сайтом для создателей языка, где они публикуют новые версии трансляторов, описания и учебники, библиотеки, а также направления исследований и приглашения к участию в них. Интересен проект по совмещению языков Clean и Haskell.