Tag Archive | haskell

Monads

Faz algum tempo desde a última vez que escrevo sobre algum padrão de projeto. O último texto que lembro foi o texto sobre CRTP, e nesse tempo meu conhecimento sobre programação aumentou, minhas habilidades comunicativas aumentaram e eu passei a escrever textos melhores. O texto que fiz sobre CRTP, nem acho importante. Entretanto, decidi fazer um texto para explicar monads, pois existe toda essa tradição de que, ao compreender o que é monad, você atinge uma epifania satisfatoriamente envolvente, você sente um desejo incontrolável de tentar compartilhar esse conhecimento com toda a humanidade, e você FALHA, mas, até pior que isso, seu manual é diferente e as pessoas vão perder até mais tempo tentando aprender o que é monad, pois agora há até mais textos confusos que acumulamos.

Eu, é claro, demorei muito tempo para aprender monads, apesar de estar usando monads há bastante tempo. Quando finalmente aprendi o que é monad, percebi o quão simples é esse conceito. Devo essa compreensão ao Douglas Crockford.

Introdução

All told, a monad in X is just a monoid in the category of endofunctors of X, with product × replaced by composition of endofunctors and unit set by the identity endofunctor.

Entendeu? Eu também não, e esse tipo de explicação era uma das razões para eu ter demorado a aprender.

Uma coisa importante para prosseguir com a explicação, é deixar claro os termos utilizados. E o primeiro termo que pretendo deixar claro é o de valor. Em programação funcional pura, não é tão raro assim evitar o uso do termo variável e usar, no lugar, o termo associar (binding em inglês), para indicar que um nome está se referindo a algum valor. Quando você se refere a variável, talvez implicitamente você assuma que você pode mudar o valor dessa variável, mas nem sempre é essa a mensagem que queremos comunicar. Há também o termo objeto, do paradigma de programação orientada a objetos, que podemos usar no lugar do termo variável, mas o termo objeto também carrega  outras informações que podem não ser necessárias para a explicação que estamos tentando passar. Por essas razões, eu vou, durante o texto, tentar usar o termo valor, mas se você substituir esse termo por objeto ou variável, ainda é provável que o texto continue fazendo sentido.

Há também o termo função, que em programação pode acabar tendo um significado diferente. Em programação, há o termo subrotina, que não equivale ao termo de função na matemática. Entretanto, algumas linguagens de programação usam o termo função para se referir ao conceito de subrotina, criando uma situação de falso cognato. Para “diminuir” a confusão, passamos a chamar de funções puras, as funções que possuíam o mesmo significado que as funções possuem em matemática. Essa curiosidade não é tão importante para o entendimento de monads, mas é bom que você comece a consumir algumas informações relacionadas para estar estimulado o suficiente quando a explicação de monads aparecer.

Ainda no tópico de funções, temos a diferença de funções membros e funções não-membros. Funções membros são funções que recebem o this/self, que fazem parte de alguma classe e não são métodos estáticos, funções que chamamos de métodos na programação orientada a objetos. Funções não-membros são funções livres, que não fazem parte de nenhuma classe. Quando eu me referir a uma função que recebe a e b como argumentos, as duas situações exemplificadas no seguinte código são interpretações válidas:

Nos dois casos, temos uma função foo que recebe a e b como argumentos. Há até esforços para tornar a sintaxe de chamada de funções em C++ mais uniforme. A linguagem Rust está ligeiramente à frente nessa corrida, enquanto outras linguagens já chegaram lá.

Você pode enxergar monad como um padrão de projeto, e, dentro desse padrão de projeto, há o “objeto” que de fato representa o monad. Assim como ocorre no padrão Singleton, onde o mesmo termo, Singleton, se refere (1) ao padrão de projetos e a (1) um objeto que respeita algumas características. Estou citando o padrão Singleton, porque esse é, pela minha experiência, o padrão mais famoso e mais fácil de entender. A parte importante para manter em mente é que monad é um valor, mas, em alguns momentos, pode ser que eu me refira a monad como um padrão de projeto.

Valores embrulhados

Em alguns cantos na terra da programação, podemos encontrar valores que são embrulhados. Por exemplo, temos a classe Integer, na linguagem Java, que embrulha um valor primitivo int. Temos também, em C++, a classe auto_ptr<T>, que embrulha um valor do tipo T. Instâncias dessas classes não são monads.

Valores embrulhados por outro valor são isolados, tornando-se acessíveis somente a partir de uma interface. Eles não podem ser acessados diretamente, pois estão embrulhados em outro valor, seja lá qual for o propósito. No caso da classe Integer, você precisa usar a função intValue para acessar o valor embrulhado. No caso da classe auto_ptr<T>, você precisa usar a função que sobrecarrega o operador de desreferenciamento da classe.

Monads também embrulham valores. Monads são valores que embrulham outros valores e apresentam três propriedades. Entretanto, eu só vou informá-las ao final do texto.

Função unit e função bind

Unit é uma função que recebe como argumento o valor a ser embrulhado e retorna o monad. É também conhecido como construtor em outros locais. Seria o “construtor” do monad.

Bind é uma função que recebe dois argumentos, um monad e uma função que tenha a “mesma assinatura” de unit, e retorna um novo monad. Usei a expressão “mesma assinatura” entre aspas, pois, na verdade, a situação não precisa ser tão estrita assim. O tipo de retorno pode ser um monad diferente, mas o argumento de entrada precisa ser do mesmo tipo ou compatível.

Em um monad, deve existir uma forma de acessar o valor embrulhado através da função bind, mesmo que essa não seja a única forma de acessar o valor, e mesmo que a função receba outro nome que não seja bind. Daí que encontramos algumas discussões usando termos como “monadic operations“.

A ideia por trás dessa estrutura é a componibilidade. Talvez não seja tão incrível para eu ou você, pois estamos acostumados a ter outras ferramentas disponíveis, mas parece ser um conceito incrível para os programadores da comunidade de programação funcional pura.

Em Haskell, monads costumam ser usados para isolar comportamentos que não são livres de efeitos colaterais, como I/O. Rust, uma linguagem que possui “;”, não precisa de monads, mas o núcleo de seu sistema da tratamentos de erros é feito em cima das ideias de monads.

Alguns monads

Maybe

Maybe é um monad, em alguns locais recebendo o nome de Option ou optional, e às vezes nem sequer obedecendo as propriedades de um monad. O propósito de Maybe é simples: possivelmente armazenar um valor. Você pode encarar esse monad como uma abstração que lhe permite expressar a semântica de valores opcionais, que em C são representados através de ponteiros que possivelmente possuem o valor NULL, ou em Java, onde qualquer objeto pode ser null.

O legal desse monad é que você ganha segurança, pois verificar pela existência do valor para então acessá-lo não acontece. É mais seguro, porque, no modelo antigo, era possível você tentar acessar o valor esquecendo de verificar antes se ele existia, esquecer do if. Com o padrão de monad/Maybe, você só usa a função bind que já recebe o valor “extraído” e ela só é chamada se o valor for diferente de None.

A verdade é que esse monad fica bem mais legal se houver suporte a nível de linguagem para exhaustive pattern matching, como ocorre em Rust. Em Rust, a abstração que equivale a esse monad é a abstração Option.

Na verdade, o exemplo de código anterior usa um bind “não-conformante”, pois a função/closure passada como argumento não retorna outro monad, mas escrevi mesmo assim para ser breve. Pattern matching costuma ser mais interessante para acessar o valor e você abstrai outros comportamentos que são mais interessantes para serem encapsulados como “operações monádicas” (a documentação da abstração Option em Rust é um ótimo exemplo).

Result

Se Maybe é a abstração para valor-ou-nada, Result é a abstração para valor-ou-erro. Suponha uma função que converta uma string para um inteiro de 32 bits. Erros podem acontecer e pode ser que você queira usar o Maybe<int> como retorno da função, mas talvez seja interessante diferenciar o porquê da função ter falhado, se foi devido a uma string inválida ou overflow, por exemplo.

Result como monad é bem interessante, porque lhe permite encadear uma cadeia de ações e, caso alguma delas retorne erro, a cadeia para, e o erro é armazenado, sem que você precise explicitamente verificar por sua existência. Na linguagem Rust, até existe uma macro, try!, que torna o código até mais legível a agradável.

É interessante ter operações monádicas em Result que só atuam em um dos valores (o esperado ou o valor de erro), então você teria Result<T, E>::map e Result<T, E>::map_err.

Future

Futures e promises se referem a um padrão na computação para abordar o problema de concorrência e dependência de dados. Nesse padrão, o future é um valor que embrulha o resultado, que é computado assincronamente. Alguma função como get pode ser usada para obter o resultado e, caso não esteja pronto, a thread atual é bloqueada até que ele esteja disponível.

A adição de operações monádicas permite definir uma API que anexe continuações que seriam executadas quando o resultado estiver pronto, livrando-lhe do problema de bloquear a thread atual (que essencialmente mata o paralelismo). C++ é uma linguagem que atualmente possui abstrações de futures e promises, mas não possui as operações monádicas que tornariam essa abstração muito mais agradável de ser utilizada, como é explicado em um bom texto do Bartosz Milewski.

Programadores de NodeJS querem usar futures para se livrar de códigos profundamente aninhados (também conhecido como nesting hell). Futures são monads que podem livrar o programador da verificação explícita de erros para cada operação. Se bind for uma função-membro, o aninhamento infernal é, de fato, eliminado. O benefício é um ganho na legibilidade que pode ter grandes consequências como produtividade aumentada e diminuição de erros.

As três propriedades de um monad

A terceira propriedade existe para garantir ordem. E isso é importante para composibilidade.

Conclusão

Utilidade. A utilidade de você entender monads é que agora, quando os programadores de Haskell invadirem sua comunidade de programação, você vai entender o que eles querem dizer por monad. A utilidade se resume a comunicação, mas eu não recomendo que você use o termo monad para documentar abstrações que você crie que modelem o conceito de monad, pois é inútil. Dizer que uma abstração modela o conceito de monad não vai me fazer querer usar tal abstração. Demonstrar a utilidade da abstração vai me fazer querer usá-la e omitir o termo monad não vai tornar a demonstração mais longa ou menos clara. Só use o termo monad para questão de comunicação, quando você estiver tentando se comunicar com programadores de Haskell.

Anúncios

Suggestion: 8+1 languages worth learning

Introduction

Every now and then I have contact with a few programming languages and this is the subset that I believe it would give me a very close insight to the sum of the all languages that I’ve had contact with. Also, this subset is not only based on the choice of ideas that each language aggregate, but also on their usefulness and importance for the general programmer’s toolbox.

Regex

Just about the most awesome way to describe and manipulate words from regular languages. No matter if it’s used as communication purposes within some specification or if it’s used to crawl certain patterns within a large collection of texts. It’s useful even within the programming environment itself. And to contribute to its awesomeness, it’s one of the easiest and fastest things to learn. It’s useful even for non-programmers (think about that time when you want to rename all files from a folder to have better consistency).

You can visualize regex patterns using Regexper or any of its competitors.

MarkDown/CommonMark

Started as a simple tool to pretify common syntax used in text-based email. But now just about almost every major site visited by programmers (e.g. StackOverflow, Reddit, GitHub, Doxygen-generated ones) has some support for MarkDown. Or its recent attempt for a smart standardization to spread good common practices and inspire better interoperability among supporting tools.

You can think of MarkDown as a simple way to describe which parts of the text will be bold or will be the tittle for a subsection and so on. MarkDown is simple! MarkDown is simple enough to be accepted in non-programmer targeted products like blogging platforms (even WordPress) or discussion platforms.

C

A language that appeared in 1972 that is still interesting and it’s still important. Being the “portable Assembly”, operating system’s kernels are still written in C. Pieces of software dealing with low-level are still written in C. Embedded projects are still written in C.

C is not a popular language out of merits. C is just the right abstraction to forget about Assembly, but still have no overhead between your software and the machine. Compilers will do a fantastic job in no time for you.

C is an easy language to learn, adding just a few handful abstractions like subroutines and structures to learn. Of course, C is very low-level and you’re expected to face manual memory management (and memory leaks), bit by bit serialization, pointer to functions (no closures here), architecture and operating system differences and maybe things like varargs, setjmp and mmap. You should be able to understand the implications on performance some decision has. This insight is something C has been a great language at and will hardly be acquired learning another language.

Haskell

Haskell is one of the languages I learnt this year. It’s a typed purely functional language. It’s a great language. It has great concepts to decrease the total number of lines of code you should write (like list comprehensions and pattern matching), a clever syntax and some great concepts you could learn (higher-order functions, currying, lazy evaluation…).

Not all about Haskell was new to me, as I had already learn functional programming through Scheme some years ago, but Haskell does a much better job. I hate Lisp naming conventions (car for the head of the list, seriously) and excessive number of parentheses. You shouldn’t have to follow my path. You should be introduced to functional programming with Haskell.

Also, look at how elegant this QuickSort is:

Ruby

Ruby is another of these languages I learnt this year. It’s a purely object-oriented language. Some cleverness was invested around its syntax and I very much appreciate this. It’s a very dynamic language where every class is open and even things like attr_reader are methods.

Object-oriented programming is one of these must-have skills for a programmer and I think Ruby, being purely object-oriented, is a great language to learn this paradigm. Hide and encapsulate!

I choose to learn Ruby looking for a scripting language to empower a possible game engine that I might code. Ruby really impressed me. Ruby is so dynamic that even if I design a wrong class hierarchy or something, Ruby probably has a way to fix it. I don’t intend to design bad hierarchies, but I don’t know who will use my possible future game engine and this concern then becomes undeniably important.

JavaScript

One of the worst languages I’ve ever seen. But also one of the best languages I’ve ever seen (yep, out there you can find programming languages that would surprise you in the bad way). This language is not what I’d like to be the most popular, but it’s just enough to not be hated. Also, it runs on about every web browser, which is like… everywhere. Importance and interoperability. It’s like you really need to know JavaScript.

JavaScript is like the assembly for the web. You’ll find many tools that translate source code from some language into JavaScript just to enable execution within the browser. Once developed to the browser, JavaScript has grow since and now it’s popular even on the server-side. JavaScript also conquered the smart-side.

Not knowing anything about JavaScript is almost like not knowing how to read in the programming industry. It’s a terrible language full of bad decisions, but it’s the common denominator of the web development.

Learning JavaScript also may help to solidify concepts you should know like asynchronous APIs, JSON and some others.

XML/HTML

Responsible for most of the web traffic, this is a pretty important and simple language to understand how web documents are structured. If you think I’m overestimating web, it’s because it’s one of the greatest things we have. But XML is not only about web, it’s about interoperable documents and protocols and it is used as such. You can find XML in use within vector formats, formats for office applications and even chat protocols. I think learning the basics of XML is a big deal.

LaTeX

I personally think that the LaTeX tools aren’t among the most polished tools. Just look at the Makefile generated by Doxygen to see the run-until-no-more-differences-found loop to work around inconveniences in the LaTeX tools. Or just look at the terrible error messages. Also, the syntax isn’t surprisingly pleasant.

But when you want to focus on the content, forget about the accumulated little formatting details and produce beautiful scientific papers, a book with consistently in-between linked references or even just a few math formulas, LaTeX is probably what you should, at least, consider.

Bonus: bash

Capable to automate the most surprising tasks in a computer, if you are using an Unix variant system. You could automate builds, customize software startup sequences and manage your system. But if you’re using an Unix variant system, you already may be aware of that.

Notes

No Java, C++ or Python in this list. Maybe I’ll do a part 2 of this article containing languages with a lesser chance to be used like SQL, MongoDB, OpenGL, R, GStreamer or some Assembly. Actually, I think Java, C++ and Python have a better chance to be used than Haskell, but if you learn every language in this list, C++, Java and Python will be easy to catch up and the lines of code you write will be more elegant.

%d blogueiros gostam disto: