fi mu
13. 10. 2020 22.10
ib015 – Neimperativní programování
Cvičení 0: Technické okénko
Fialové rámečky na začátku každého cvičení obsahují věci, které je bezpodmínečně
nutné znát ještě před začátkem cvičení. Neslouží jako opakování přednášky, avšak
jsou vám ku pomoci při přípravě na cvičení.
Před nultým, technickým cvičením je zapotřebí znát:
svoje učo (universitní číslo osoby, správnost si ověříte přihlášením do ISu);
svoje fakultní přihlašovací jméno (tzv. xlogin) a fakultní heslo (to je jiné než do
ISu). Tyto přihlašovací údaje si můžete ověřit na https://fadmin.fi.muni.
cz/auth. Svůj xlogin zjistíte a heslo můžete změnit na https://is.muni.cz/
auth/system/heslo_fi.
Oranžové rámečky obsahují upozornění a varování.
Jindřiška varuje: Na cvičení je normální se připravovat. Nebudete-li s pojmy ve
fialových rámečcích srozuměni, pravděpodobně si ze cvičení kromě pocitu neúspěchu
příliš neodnesete a hrozí vám vyloučení ze cvičení.
Výuka bude v semestru podzim 2020 probíhat distanční formou, ale v rámci sbírky
zachováváme názvosloví z prezenční výuky. Prakticky to znamená, že příklady určené
na cvičení si budete řešit také doma. Silně doporučujeme si je vyřešit všechny
samostatně. K dispozici vám budou rovněž konzultace, které slouží k řešení problémů,
na které narazíte při řešení příkladů.
Nulté cvičení je velmi nestandardní. Probíhá pro všechny studenty v prvním týdnu (nejde
tedy o 14denní blok) a slouží především k nastavení programů nutných pro fungování
v tomto předmětu. Za normálních okolností byste se v něm primárně seznamovali se
školními počítači, v letošním semestru cílíme na nastavení vašich vlastních strojů a přístupu
na školní stroj Aisa.
Vysvětlivky I nultá kapitola sbírky je trochu zvláštní – slouží totiž zároveň jako seznámení se sbírkou
samotnou. Jednou z věcí zasluhujících vysvětlení je význam piktogramů objevujících se
u některých příkladů:
Symbolem jsou označeny ty příklady, které by se měly stihnout na cvičení. Příklady
bez tohoto symbolu tak slouží spíše pro domácí studium a přípravu. Mimochodem, přesný
význam tohoto symbolu vám bude objasněn na konci semestru; pokud mu chcete nějak
říkat, můžete používat termín bind. Ještě více mimochodem, podobnost s logem Haskellu
není náhodná.
Tužkou ( ) jsou označeny příklady, které byste měli být schopni vyřešit správně
s použitím pouze tužky a papíru, stejně jako se to po vás bude chtít u zkoušky.1 Interpret
doporučujeme použít až ke kontrole.
Démantem ( ) označujeme příklady, které sice nejsou v plánu cvičení, ale přesto
je velmi doporučujeme vyřešit, neboť je považujeme za zajímavé či zvláště přínosné.
Očekáváme, že tyto příklady budete řešit pravidelně v průběhu semestru a mohou vám
pomoci při řešení odpovídajících domácích úkolů.
1
Nepodlehněte však iluzi, že před zkouškou stačí projít tužkou označené příklady a zelenou známku
máte v kapse. Piktogram totiž nijak nesouvisí s typem příkladů objevujících se u zkoušky.
1
IB015 – 0. cvičení 0.1 Nastavení vlastního počítače
Mírně obtížnější, ale o to poutavější příklady pak nesou hvězdičku ( ) či několik
hvězdiček podle obtížnosti či pracnosti. Trojhvězdičkové příklady mohou sahat i za rámec
tohoto předmětu.
K vybraným příkladům existují videa demonstrující postup řešení příkladu. Tato videa
v distančním semestru nahrazují „živé“ předvádění úlohy cvičícím.
Etudy
Každá kapitola na začátku obsahuje několik základních příkladů, tzv. etud. Očekává se,
že tyto příklady si vyřešíte ještě před samotným cvičením. Slouží především k ozkoušení
syntaxe jazyka Haskell, případně připomenutí jeho standardních funkcí – tedy přibližně to,
co po vás chce fialový rámeček na začátku.
Etudy doporučujeme vyřešit před otevřením příslušného předcvikového odpovědníku
(který existuje ke všem kapitolám kromě této).
Zelené rámečky obsahují rady, doporučení a tipy na další zdroje ke studiu.
Pan Fešák doporučuje: K většině příkladů se na konci sbírky nachází řešení.
Podporuje-li váš prohlížeč dokumentů odkazy, můžete klepnutím na číslo příkladu
na jeho řešení skočit.
Etuda 0.η.0 Zkuste si to!
Etuda 0.η.1 Seznamte se s nultou kapitolou sbírky.
Etuda 0.η.2
intro
Stáhněte si záznam úvodního democvičení. Můžete k tomu použít odkaz pod číslem tohoto
příkladu; vede do studijních materiálů předmětu v ISu.
*
*
*
Po etudách následují příklady určené k řešení na cvičení nebo samostatně po cvičení,
například jako příprava na pocvikový odpovědník. Nic vám ale samozřejmě nebrání se
s příklady seznámit ještě před cvičením.
0.1 Nastavení vlastního počítače
Př. 0.1.1 Podle instrukcí v interaktivní osnově předmětu si nainstalujte GHC na svůj počítač.
Př. 0.1.2 Vytvořte si ve svém domovském adresáři adresář ib015. Můžete využít terminál nebo
grafický správce souborů.
Př. 0.1.3 Většinu úkolů budete vypracovávat v textovém editoru podle svého výběru. Proto si jej
nastavte podle instrukcí v interaktivní osnově předmětu.
Jindřiška varuje: Word ani LibreOffice Writer nejsou editory čistého textu.
Př. 0.1.4 V adresáři ib015 vytvořete nový soubor Sem0.hs s následujícím obsahem:
hello = "Hello, world"
2
IB015 – 0. cvičení 0.3 Vzdálené připojení na fakultní počítače
0.2 Používání GHCi
V této a následující sekci již přijde vhod democvičení ( intro), je proto dobrý nápad je
nyní zhlédnout. Může být přínosné si nahrávku zastavovat a postupovat podle ní, případně
se k nejasným částem vracet.
Př. 0.2.1 V terminálu v adresáři ib015 si příkazem ghci spusťte interpret Haskellu.
Komu zrovna zadáváte text, poznáte podle tzv. výzvy, neboli promptu. Prompt
GHCi má obvykle tvar Prelude> nebo Main*> – sem zadáváte výrazy jazyka Haskell
a příkazy interpretu (ty, co začínají dvojtečkou). Prompt terminálu nabývá rozličných
podob, ale obvykle končí znakem dolaru (např. login@počítač:~/ib015 $. Sem
zadáváte např. příkazy pro práci se soubory a pohyb po adresářích.
Př. 0.2.2 V interpretu si zkuste vyhodnotit jednoduché aritmetické výrazy, tedy využít ho jako
kalkulačku.
Př. 0.2.3 Do GHCi načtěte soubor Sem0.hs a nechte si vypsat konstantu hello. Následně si od
interpretu vyžádejte její typ.
Př. 0.2.4 Do souboru Sem0.hs přidejte konstantu my_number typu Integer a nastavte ji na svou
oblíbenou hodnotu. Po uložení souboru jej znovu načtěte do GHCi a konstantu vypište.
Interpret následně ukončete.
Pan Fešák doporučuje: Pokud se někdy program nechová tak, jak očekáváte,
ačkoli jste si jisti, že tentokrát už jste ho určitě opravili, zkontrolujte, že jste soubor
uložili a znovu načetli do interpretu. Je to jedna z nejčastějších chyb.
0.3 Vzdálené připojení na fakultní počítače
Používání vzdáleného připojení přes SSH není v tomto předmětu nezbytně nutné, ale
může se vám hodit a určitě jej budete potřebovat jinde. Pan Fešák proto doporučuje
se ho naučit již nyní. Vzdálené připojení vám umožní používat GHCi a další nástroje
na počítačích na FI a dostat se k vašim kódům ze cvičení odkudkoli.
Na školní stroje se systémem Linux se lze připojit pomocí SSH. Na Linuxu či macOS se
obvykle jako klient SSH používá příkaz ssh. Pokud klient nemáte, mělo by být možné
jej nainstalovat z balíčků (bude se nejspíš jmenovat openssh-client nebo openssh). Na
Windows 10 je příkaz ssh k dispozici v PowerShellu. Záložní možností je pak klient Putty.
K přihlašování z vnějšku fakulty slouží server aisa.fi.muni.cz (ze sítě FI dostupný
i jako aisa). Přes tento počítač se pak případně dá dostat i k jiným, ale to nebývá potřeba,
protože váš domovský adresář je sdílen přes všechny fakultní linuxové stroje.
Co se kde děje? Při práci se vzdáleným počítačem může být trochu nepořádek
v tom, co se děje u vás a co na vzdáleném stroji. Měli byste to být schopni poznat podle
promptu, tedy textu, který příkazová řádka vypisuje před místem, kam píšete příkaz.
Na Aise byste měli (pokud jste si to nezměnili) vidět něco jako aisa:/home/xLOGIN>$.
V promptu je tedy vidět i cesta k adresáři, v němž se aktuálně nacházíte.
3
IB015 – 0. cvičení 0.3 Vzdálené připojení na fakultní počítače
Aby v tom nebyl nepořádek v našich příkladech, používáme konvenci, že příkazy
spouštěné na Aise začínají (aisa)$, zatímco ty spouštěné u vás, začínají (local)$
(pokud je to jedno, bude tam jen $). Ani jeden z těchto řetězců však nepatří na
příkazovou řádku – slouží jen k označení příkazů, které můžete spustit.
Základní příkazy příkazové řádky
Tyto příkazy by měly fungovat v podstatě na všech platformách, včetně Windows
(jejich přesný výstup v případě, že něco vypisují, se však může lišit). Na Windows
však může být nutné použít PowerShell místo příkazové řádky (neboli cmd).
ls vypíše obsah aktuálního adresáře. Případně ls -A vypíše adresář včetně souborů
a složek, jejichž jméno začíná tečkou.
mkdir slouží k vytvoření adresáře. Argumentem je cesta k adresáři, který chcete
vytvořit: mkdir ib015. Pokud je potřeba vyrobit mezilehlé adresáře, lze použít
mkdir -p longer/path/to/ib015.
cd přepíná adresáře. Jediný argument je cesta k adresáři, kam přepnout. Např.
cd ib015 pro přepnutí do adresáře ib015, cd .. pro přechod nahoru v adresářové
struktuře nebo cd ~ (vlnovka) pro skok do domovského adresáře (mimo
Windows i jen cd).
ssh slouží pro vzdálený terminálový přístup na počítač (typicky se systémem
Linux/Unix). Argumentem je adresa počítače a případně login:
ssh xLOGIN@aisa.fi.muni.cz (s vaším loginem). Při prvním přihlášení je
třeba potvrdit klíč stroje. Heslo se při zadávání nezobrazuje. Pokud je váš
lokální login stejný, jako ten, do kterého se chcete přihlásit, nemusíte jej uvádět:
ssh aisa.fi.muni.cz (také po vyřešení 0.3.3 níže).
scp slouží ke kopírování souborů mezi počítači. První argument je vždy zdroj, druhý
cíl. Jedna z cest je lokální, jedna může být ve tvaru login@stroj:cesta
a pak představuje cestu na daném stroji. Cílem může být i složka; cesta
by pak měla končit lomítkem a složka musí na daném stroji existovat.
Např. scp Foo.hs xLOGIN@aisa.fi.muni.cz: pro kopírování souboru Foo.hs
do domovského adresáře na Aise (relativní cesty jsou vzhledem k domovskému
adresáři). Aktuální adresář je označen „.“ (tečka), má-li být cílem ten.
exit ukončení příkazové řádky nebo sezení SSH. Můžete použít i Ctrl + D .
cp jako scp, ale jen lokálně.
mv přesun/přejmenování souboru, argumenty jako u cp.
rm/rmdir maže soubory, respektive prázdné složky zadané jako argumenty.
nano jednoduchý editor textu v terminálu (z Aisy nemůžete spustit grafický editor).
Příkazy pro ovládání se zobrazují dole, ˆ znamená Ctrl . Na vašem počítači
možná nebude.
Nápovědu k příkazům a jejich volbám si vyžádejte příkazem man nebo volbou --help:
4
IB015 – 0. cvičení 0.5 Základní využívání školních počítačů
$ man rm
$ cd --help
Př. 0.3.1 Přihlaste se ze svého nebo školního počítače k serveru aisa.fi.muni.cz. Tam přidejte
modul s novým GHC pomocí příkazu module add ghc2. Ověřte, že máte dostatečně novou
verzi GHCi (alespoň 8.10.2).
Př. 0.3.2 Pomocí příkazu scp si na Aisu zkopírujte ze svého počítače kód ze cvičení. Na Aise
jej upravte a stáhněte jej zpět na svůj počítač. Alternativně můžete vyzkoušet některý
z klikacích nástrojů: na Windows WinSCP, v Linuxových grafických správcích souborů
hledejte volbu „Připojit k serveru“ nebo podobnou.
Př. 0.3.3 Nastavte si klient SSH tak, aby pro připojení k Aise stačilo zadat ssh aisa. Stejnou zkratku
je pak možné využívat při kopírování souborů mezi počítači: scp Sem0.hs aisa:ib015/.
Pan Fešák doporučuje: Než navštívíte svůj oblíbený vyhledávač, vzpomeňte si na
příkaz man. Zde se bude hodit man ssh_config.
Př. 0.3.4 Tento krok je určen pokročilejším uživatelům a sahá daleko nad rámec předmětu.
Pokud nedisponujete dvojicí klíčů SSH pro asymetrické šifrování, vytvořte si ji. Přidejte na
Aise svůj veřejný klíč mezi autorizované, abyste při přihlašování ze svého počítače nemuseli
psát heslo.
0.4 Práce s dokumentací
Tak jako u ostatních programovacích jazyků je většina funkcí a typů zdokumentovaná.
Primárním zdrojem dokumentace pro jazyk Haskell v rozsahu našeho kurzu je webová dokumentace
základního modulu Prelude na Hackage. Dále můžete využít vyhledávač Hoogle,
kde můžete vyhledávat funkce podle názvu nebo typu (pozor, vyhledává i v nestandardních
balíčcích, pokud si nenastavíte package:base ).
Jindřiška varuje: Naučit se pracovat s dokumentací je nevyhnutelné pro libovolný
programovací jazyk, nejenom pro Haskell. Čím dříve se naučíte číst dokumentaci,
tím budete mít lehčí život nejen tu, ale i v dalších předmětech.
Př. 0.4.1 Pomocí vyhledávače funkcí v jazyce Haskell najděte všechny funkce, které mají typ
Bool -> Bool -> Bool a jsou v balíčku base.
0.5 Základní využívání školních počítačů
Př. 0.5.1 Přihlaste se na školní počítač (pomocí xloginu a fakultního hesla). Po přihlášení spusťte
terminál (buď jej vyhledejte, nebo pomocí klávesové zkratky Ctrl + Alt + T ). Po spuštění
by měl terminál pracovat ve vašem domovském adresáři (/home/xLOGIN). Příkazem pwd si
vypište aktuální adresář.
2
Na Aise je nainstalované příliš staré GHC, které se od toho námi používaného liší typy některých
seznamových funkcí.
5
IB015 – 0. cvičení 0.5 Základní využívání školních počítačů
*
*
*
Jindřiška varuje: Ať už budete používat vlastní či školní počítač, je naprosto
nezbytné, abyste před prvním cvičením zvládli jeho obsluhu alespoň v rozsahu
fialového rámečku na začátku následující kapitoly.
Fialové rámečky na konci cvičení shrnují probrané koncepty. Můžete si s jejich
využitím ověřit, jestli všemu ze cvičení rozumíte, nebo je potřeba se k některému
tématu vrátit.
Na konci cvičení byste měli zvládnout:
vytvořit textový soubor s Haskellovým kódem;
spustit v terminálu GHCi a načíst do něj vytvořený soubor;
pracovat v terminálu vzdáleně na školním počítači Aisa;
pracovat s webovou dokumentací.
6
Řešení
Řeš. 0.η.0 Gratulki.
Nenechávejte si ale řešení prozradit příliš brzy. Má-li mít práce se sbírkou smysl, je
potřeba se nad každým příkladem nejprve zamyslet a následně ho samostatně vypracovat.
Dokonce ani když se vám implementace nedaří, nenakukujte hned do řešení – nejvíce se
naučíte, pokud se nad příkladem sami trochu potrápíte. Samozřejmě klidně konzultujte
přednášku nebo již hotové příklady.
Teprve až příklad zdárně vyřešíte, můžete nahlédnout do vzorového řešení. Občas se
můžete dozvědět jiný (a v něčem třeba elegantnější) postup nebo nějaké tipy a triky.
Klepnutím na číslo řešení přeskočíte zpátky na příklad.
Řeš. 0.1.2 Vytvořit jej můžete buď v terminálu (příkazem mkdir jméno a následně do něj přepnout
pomocí cd jméno ), nebo v grafickém správci souborů, který by se měl otevřít v domovském
adresáři a nový adresář by mělo být lze vytvořit pravým myšítkem nebo přes panel nabídek.
Řeš. 0.1.4 Spusťte textový editor (například Gedit) a napište či překopírujte do něj text. Nezapomeňte
soubor uložit do správného adresáře.
Alternativně můžete soubor vytvořit i v terminálu, například editorem nano, který vám
v dolní části zobrazuje klávesové zkratky, kterými se ovládá (ˆ znamená Ctrl ).
Jiným oblíbeným terminálovým editorem je vim. Jeho obsluha vypadá zpočátku krkolomně,
ale dá se rychle naučit: zkuste příkaz vimtutor, nebo vimtutor cs, případně
vimtutor sk.
Řeš. 0.2.2 Zadejte výraz a stiskněte Enter . Např. 40 + 2 se vyhodnotí na 42. Vyhodnocení výrazů
zapisujeme ve studijních materiálech pomocí lomené šipky s hvězdičkou: 40 + 2 ∗ 42.
Další příklady:
• 4 * 10 + 2 ∗ 42
• 2 ^ 8 ∗ 256
• (3 + 4) * 6 ∗ 42
Řeš. 0.2.3 Načíst soubor lze buď pomocí :load Sem0.hs nebo jen :l Sem0.hs (pokud se nachází
ve stejném adresáři, kde jsme spustili GHCi), nebo tak, že spustíme GHCi přímo s tímto
názvem souboru (ghci Sem0.hs). Konstantu vypíšeme prostě tak, že ji napíšeme do GHCi
a stiskneme enter: hello ∗ "Hello, world". Její typ pak zjistíme příkazem interpretu
:t, který jako parametr bere libovolný výraz: :t hello ∗ hello :: [Char].
Řeš. 0.2.4 my_number :: Integer
my_number = 42
Znovunačtení lze provést příkazem :r, ukončení :q.
V případě, že vytvoříte proměnnou jenom v interpretu, pak ta přestane po ukončení
interpretu existovat.
Řeš. 0.3.1 Na Linuxu, macOS a Windows s dostatečně novým PowerShellem by mělo stačit zadat
do příkazové řádky (či PowerShellu) ssh xLOGIN@aisa.fi.muni.cz a následně zadat své
fakultní heslo. Nenechte se překvapit tím, že při zadávání hesla nevidíte žádné hvězdičky;
v terminálu se hesla běžně zadávají „naslepo“. Ocitnete na Aise a můžete tam používat
příkazovou řádku jako na cvičení. Na Windows s Putty musíte nastavit sezení (session),
kde jako hostitele uvedete xLOGIN@aisa.fi.muni.cz.
Pro trvalé přidání modulu můžete příkaz vložit do svého souboru .bashrc:
7
IB015 – 0. cvičení Řešení
(aisa)$ echo "module add ghc" >> ~/.bashrc # Nebo textovým editorem
Verze GHCi se vypíše po spuštění interpretu, nebo po zadání příkazu ghci --version.
Řeš. 0.3.2 Aby první následující příkaz fungoval, je potřeba být lokálně v adresáři, kde je soubor
Sem0.hs a na Aise musí existovat adresář ib015.
(local)$ scp Sem0.hs xLOGIN@aisa.fi.muni.cz:ib015/
(aisa)$ nano Sem0.hs # Nebo jiný způsob editace
(local)$ scp xLOGIN@aisa.fi.muni.cz:ib015/Sem0.hs Sem0_edited.hs
Řeš. 0.3.3 Do souboru ~/.ssh/config na svém počítači vložte (a nastavte svůj login):
Host aisa
HostName %h.fi.muni.cz
User xLOGIN
Řetězec %h v nastavení nechte, ten představuje specielní sekvenci, za kterou se doplní
jméno napsané za Host – takových jmen může být více (oddělených mezerou). Pokud daný
soubor neexistuje, vytvořte jej (i na Windows může být jednodušší vytvořit minimálně
složku ~/.ssh pomocí příkazové řádky), to by však existovat měla. Soubor config nesmí
mít žádnou příponu. Část ~ v cestě značí domovský adresář. Složka .ssh nebude ve výpisu
přes ls vidět, pokud nepoužijete ls -A, což způsobí zobrazení skrytých souborů – těch co
začínají . (tečkou).
Řeš. 0.4.1 Jděte na https://hoogle.haskell.org/. V rozbalovací nabídce u vyhledávacího políčka
zvolte package:base a do vyhledávacího políčka zadejte hledaný typ. Po chvíli by vám
vyhledávač měl najít funkce (&&), (||), (==) a (/=). Poslední dvě mají obecnější typ,
ale fungují i pro argumenty typu Bool – Hoogle vyhledává i obecnější funkce do kterých
lze za typové proměnné dosadit požadované typy.3 U každé funkce také vidíte, ve kterém
balíčku (base) a modulu (Prelude4) se nachází, a také dokumentační text, pokud je uveden.
Kliknutím na funkci se dostanete do její dokumentace v prvním modulu, kde byla nalezena.
4
V tomto případě je navíc typ omezený typovým kontextem Eq =>, což znamená, že za a lze dosadit
pouze porovnatelné typy, což Bool splňuje.
4
Prelude je základní Haskellový modul, který je vždy k dispozici.
8