Vstup a výstup, zpracování chyb a výjimek IB016 Seminář z funkcionálního programování Mnoho autorů napříč věky Fakulta informatiky, Masarykova univerzita Jaro 2021 IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 1 / 15 Vstup a výstup: opakování běžné funkce jsou referenčně transparentní → nemohou pracovat se vstupem/výstupem IO funkce (akce), typový konstruktor IO getLine :: IO String putStrLn :: String -> IO () IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 2 / 15 Vstup a výstup: opakování běžné funkce jsou referenčně transparentní → nemohou pracovat se vstupem/výstupem IO funkce (akce), typový konstruktor IO getLine :: IO String putStrLn :: String -> IO () z IO není úniku, funkce volající IO akci nemůže vracet typ bez konstruktoru IO hodnoty zabaleny, extrakce v do bloku nebo pomocí monadického operátoru bind (>>=) :: Monad m => m a -> (a -> m b) -> m b IO zajišťuje, že operace budou provedeny sekvenčně a budou mít odpovídající efekty na svět IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 2 / 15 Práce se soubory Modul System.IO: multiplatformní práce se soubory type FilePath = String data IOMode = ReadMode | WriteMode | AppendMode | ReadWriteMode základní funkce readFile, writeFile, appendFile datový typ Handle pro práci s proudy stdin, stdout, stderr :: Handle openFile :: FilePath -> IOMode -> IO Handle hClose :: Handle -> IO () hGetContents :: Handle -> IO String hPutStr :: Handle -> String -> IO () withFile :: FilePath -> IOMode -> (Handle -> IO r) -> IO r pro automatické uzavření handle po dokončení IO operace a další, vizte Hoogle/dokumentaci IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 3 / 15 Utility pro práci s cestami a jmény souborů Modul System.FilePath: utility pro práci s cestami a jmény souborů platformně nezávislé IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 4 / 15 Utility pro práci s cestami a jmény souborů Modul System.FilePath: utility pro práci s cestami a jmény souborů platformně nezávislé "some_dir" "some_file" <.> "ext" IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 4 / 15 Utility pro práci s cestami a jmény souborů Modul System.FilePath: utility pro práci s cestami a jmény souborů platformně nezávislé "some_dir" "some_file" <.> "ext" isAbsolute "/foo" ∗ True, isRelative "bar" ∗ True IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 4 / 15 Utility pro práci s cestami a jmény souborů Modul System.FilePath: utility pro práci s cestami a jmény souborů platformně nezávislé "some_dir" "some_file" <.> "ext" isAbsolute "/foo" ∗ True, isRelative "bar" ∗ True takeExtension "a.out" ∗ ".out" IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 4 / 15 Utility pro práci s cestami a jmény souborů Modul System.FilePath: utility pro práci s cestami a jmény souborů platformně nezávislé "some_dir" "some_file" <.> "ext" isAbsolute "/foo" ∗ True, isRelative "bar" ∗ True takeExtension "a.out" ∗ ".out" a spousta dalších importujeme System.FilePath, ten podle systému importuje buď POSIX nebo Windows variantu výrazně vhodnější než pracovat s cestami ručně IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 4 / 15 Práce s adresářovou strukturou Modul System.Directory: multiplatformní manipulace s adresářovou strukturou, kopírování a odstraňování souborů, základní práce s právy. IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 5 / 15 Práce s adresářovou strukturou Modul System.Directory: multiplatformní manipulace s adresářovou strukturou, kopírování a odstraňování souborů, základní práce s právy. getCurrentDirectory, listDirectory doesFileExist "/etc/passwd" * True doesDirectoryExist "/etc" * True getTemporaryDirectory * "/tmp" getPermissions, setPermissions (jen základní práva, POSIX práva v POSIX-specifických modulech) executable <$> getPermissions "/bin/ls" * True getFileSize findFile . . . IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 5 / 15 Kombinování akcí IO, utility Modul Control.Monad; funguje nejen pro IO, ale pro všechny monády. mapM :: (Traversable t, Monad m) => (a -> m b) -> t a -> m (t b) filterM :: Applicative m => (a -> m Bool) -> [a] -> m [a] obdoba běžných funkcí, volané funkce jsou akce IO forM: jako mapM, převrácené argumenty varianty mapM_, forM_ ignorují výsledek IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 6 / 15 Kombinování akcí IO, utility Modul Control.Monad; funguje nejen pro IO, ale pro všechny monády. mapM :: (Traversable t, Monad m) => (a -> m b) -> t a -> m (t b) filterM :: Applicative m => (a -> m Bool) -> [a] -> m [a] obdoba běžných funkcí, volané funkce jsou akce IO forM: jako mapM, převrácené argumenty varianty mapM_, forM_ ignorují výsledek sequence :: (Traversable t, Monad m) => t (m a) -> m (t a) spuštění seznamu akcí IO, obdobně sequence_ IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 6 / 15 Kombinování akcí IO, utility Modul Control.Monad; funguje nejen pro IO, ale pro všechny monády. mapM :: (Traversable t, Monad m) => (a -> m b) -> t a -> m (t b) filterM :: Applicative m => (a -> m Bool) -> [a] -> m [a] obdoba běžných funkcí, volané funkce jsou akce IO forM: jako mapM, převrácené argumenty varianty mapM_, forM_ ignorují výsledek sequence :: (Traversable t, Monad m) => t (m a) -> m (t a) spuštění seznamu akcí IO, obdobně sequence_ void :: Functor f => f a -> f () a další, vizte dokumentaci IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 6 / 15 Kombinování akcí IO, utility Modul Control.Monad; funguje nejen pro IO, ale pro všechny monády. mapM :: (Traversable t, Monad m) => (a -> m b) -> t a -> m (t b) filterM :: Applicative m => (a -> m Bool) -> [a] -> m [a] obdoba běžných funkcí, volané funkce jsou akce IO forM: jako mapM, převrácené argumenty varianty mapM_, forM_ ignorují výsledek sequence :: (Traversable t, Monad m) => t (m a) -> m (t a) spuštění seznamu akcí IO, obdobně sequence_ void :: Functor f => f a -> f () a další, vizte dokumentaci v podstatě umožňuje v IO-akcích psát skoro jako v imperativním jazyce, včetně cyklů IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 6 / 15 Užitečné funkce pro interakci a argumenty příkazové řádky Modul System.Environment poskytuje funkce pro práci s argumenty příkazové řádky a proměnnými prostředí. getArgs :: IO [String] getProgName :: IO String getEnvironment :: IO [(String, String)] a další IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 7 / 15 Užitečné funkce pro interakci a argumenty příkazové řádky Modul System.Environment poskytuje funkce pro práci s argumenty příkazové řádky a proměnnými prostředí. getArgs :: IO [String] getProgName :: IO String getEnvironment :: IO [(String, String)] a další Při interakci (nejen) s uživatelem when :: Applicative f => Bool -> f () -> f () forever :: Applicative f => f a -> f b interact :: (String -> String) -> IO () Pozor na buffering! Více v dokumentaci. IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 7 / 15 Výjimky IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 8 / 15 Řešení chyb v čistém kódu Maybe, Either 1 Povšimněte si, že jde o IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 9 / 15 Řešení chyb v čistém kódu Maybe, Either využití toho, že obojí jsou funktory/monády fmap (+ 2) (lookup "a" [...]) lookup "a" [...] >>= foo 1 Povšimněte si, že jde o IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 9 / 15 Řešení chyb v čistém kódu Maybe, Either využití toho, že obojí jsou funktory/monády fmap (+ 2) (lookup "a" [...]) lookup "a" [...] >>= foo maybe1 :: b -> (a -> b) -> Maybe a -> b fromMaybe :: a -> Maybe a -> a (z Data.Maybe) 1 Povšimněte si, že jde o katamorfismus IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 9 / 15 Řešení chyb v čistém kódu Maybe, Either využití toho, že obojí jsou funktory/monády fmap (+ 2) (lookup "a" [...]) lookup "a" [...] >>= foo maybe1 :: b -> (a -> b) -> Maybe a -> b fromMaybe :: a -> Maybe a -> a (z Data.Maybe) either1 :: (a -> c) -> (b -> c) -> Either a b -> c 1 Povšimněte si, že jde o katamorfismy IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 9 / 15 Chyby v IO kódu Věci, kde je selhání běžné: Maybe, Either findExecutable :: String -> IO (Maybe FilePath) zabalení v IO komplikuje práci IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 10 / 15 Chyby v IO kódu Věci, kde je selhání běžné: Maybe, Either findExecutable :: String -> IO (Maybe FilePath) zabalení v IO komplikuje práci Věci, kde je selhání neočekávané/závažná chyba: výjimky podobně jako v imperativních jazycích (C++, C#, Java) používáme pro výjimečné případy pokud nechceme chybu ošetřovat hned, jak nastane o něco komplikovanější než v imperativních jazycích typicky neočekávaný stav souborového systému, nedostatečná práva,. . . IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 10 / 15 Výjimky v Haskellu I lze chytat jen v IO do funkcionálního paradigmatu se nehodí modul Control.Exception IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 11 / 15 Výjimky v Haskellu I lze chytat jen v IO do funkcionálního paradigmatu se nehodí modul Control.Exception výjimky je možné zachytávat v závislosti na typu typová třída Exception, vyžaduje Show každý typ výjimky je instancí IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 11 / 15 Výjimky v Haskellu I lze chytat jen v IO do funkcionálního paradigmatu se nehodí modul Control.Exception výjimky je možné zachytávat v závislosti na typu typová třída Exception, vyžaduje Show každý typ výjimky je instancí při zachytávání nutné, aby byl jednoznačně určen typ výjimky aby se odvodilo, zda má být chycena často vyžaduje explicitní otypování SomeException pro libovolnou IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 11 / 15 Výjimky v Haskellu I lze chytat jen v IO do funkcionálního paradigmatu se nehodí modul Control.Exception výjimky je možné zachytávat v závislosti na typu typová třída Exception, vyžaduje Show každý typ výjimky je instancí při zachytávání nutné, aby byl jednoznačně určen typ výjimky aby se odvodilo, zda má být chycena často vyžaduje explicitní otypování SomeException pro libovolnou catch :: Exception e => IO a -> (e->IO a) -> IO a expr `catch` \ex -> print (ex :: IOException)→ >> handleIOExc try :: Exception e => IO a -> IO (Either e a) IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 11 / 15 Výjimky v Haskellu II správa zdrojů – bracket: bracket :: IO a -- ^ získání zdroje -> (a -> IO b) -- ^ uvolnění zdroje -> (a -> IO c) -- ^ operace se zdrojem -> IO c withFile name mode = bracket (openFile name mode) hClose throwIO :: Exception e => e -> IO a vyhazování výjimek je v čistém kódu možné, ale silně nevhodné IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 12 / 15 Výjimky v Haskellu III Interakce mezi výjimkami a leností je problém >λ= pure (4 `div` 0) `catch` \ex -> print (ex :: SomeException) >> pure 0 IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 13 / 15 Výjimky v Haskellu III Interakce mezi výjimkami a leností je problém >λ= pure (4 `div` 0) `catch` \ex -> print (ex :: SomeException) >> pure 0 *** Exception: divide by zero výjimka nechycena! IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 13 / 15 Výjimky v Haskellu III Interakce mezi výjimkami a leností je problém >λ= pure (4 `div` 0) `catch` \ex -> print (ex :: SomeException) >> pure 0 *** Exception: divide by zero výjimka nechycena! pure vrací nevyhodnocenou věc, až při vyhodnocení se vyhodí výjimka catch dříve než vyhodnocení pokud výjimku vyhazuje IO-funkce, problém typicky není IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 13 / 15 Výjimky v Haskellu IV Při špatné interakci s leností je třeba vynutit vyhodnocení evaluate :: a -> IO a – vyhodnotí po vnější datový konstruktor vrací IO-akci, která vyhodí výjimku, pokud vyhodnocení vyhodilo výjimku >λ= evaluate (4 `div` 0) `catch` \ex -> print (ex :: SomeException) >> pure 0 divide by zero IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 14 / 15 Výjimky v Haskellu IV Při špatné interakci s leností je třeba vynutit vyhodnocení evaluate :: a -> IO a – vyhodnotí po vnější datový konstruktor vrací IO-akci, která vyhodí výjimku, pokud vyhodnocení vyhodilo výjimku >λ= evaluate (4 `div` 0) `catch` \ex -> print (ex :: SomeException) >> pure 0 divide by zero POZOR! >λ= evaluate [4 `div` 0] `catch` \ex -> print (ex :: SomeException) >> pure [] [*** Exception: divide by zero IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 14 / 15 Výjimky v Haskellu IV Při špatné interakci s leností je třeba vynutit vyhodnocení evaluate :: a -> IO a – vyhodnotí po vnější datový konstruktor vrací IO-akci, která vyhodí výjimku, pokud vyhodnocení vyhodilo výjimku >λ= evaluate (4 `div` 0) `catch` \ex -> print (ex :: SomeException) >> pure 0 divide by zero POZOR! >λ= evaluate [4 `div` 0] `catch` \ex -> print (ex :: SomeException) >> pure [] [*** Exception: divide by zero úplné vyhodnocení pomocí Control.DeepSeq.force (evaluate (force x)) IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 14 / 15 Výjimky v Haskellu: příklad import Control.Exception import System.Environment import System.IO main = handle ioExpHandler $ do [from, to] <- getArgs withFile from ReadMode $ \hFrom -> withFile to WriteMode $ \hTo -> until (hIsEOF hFrom) $ do line <- hGetLine hFrom hPutStrLn hTo line where ioExpHandler :: IOException -> IO () ioExpHandler e = putStrLn $ "fatal: " ++ show e until :: IO Bool -> IO a -> IO () until bool act = bool >>= \x -> case x of False -> act >> until bool act True -> pure () IB016: Cvičení 08 Jaro 2021 15 / 15