Day 30. 啟程fp-ts - 轉進Haskell

17th鐵人賽 fp-ts haskell do notation

olddunk

2025-09-30 11:44:05

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終於到了鐵人賽的最後一天了，好好回顧這三十天的歷程和內容。

起程FP-TS

一開始會選擇fp-ts當作函數式程式設計的起點當然是因為從事網頁的開發，當對函數式程式設計和fp-ts函式庫進行了解後發現，其實typescript搭配fp-ts在函數式程式設計的實現度也滿高。首先當然是typecript(javascript)支援高階函數(HOF)和箭頭函數(Arrow Function)，讓符號和使用都和專替HP設計的Haskell極為相似；再來是typescript提供的型別檢查和泛型也讓一些型別空間的建構也有幾分Haskell的味道。最後是javascript陣列內建的許多方法，基本上就是取法於函數式程式設計，也具有宣告式程式風格的意義。很明顯的，Javascript在發展的過程式吸取了不少FP的設計。

當然，相對於專為函數式程式設計的Haskell語言，typescript + fp-ts，還是有許多不足的地方，其一是javascript無法使用中序函數(infix function)的寫法，也沒有內建的合成函數(compose的寫法)。這讓我們的函數「接管」的寫法會變成由上而下，不若Haskell由右而左，這讓程式的閱讀線的流向是由上而下，頁面比較長，必須常常上下翻頁。當然這是因為javascript的運算式和函數還是不同的東西，函數的合成如果不採用pipe函數而直接用f(g(x))的方式合成，當合成的層次多了，括號會變得太多，影響程式的閱讀。關於無法使用中序函數，個人覺得函數的鏈接形式可以達成有部分中序函數味道。

總之，javascript做為前端網頁的唯一語言，而typescript也已廣泛為前端開發者接受，fp-ts是目前實現函數式程式設計較高的函式庫。不過，也正由於fp-ts的高度實現函數式程式設計高度抽象化的特色，讓程式碼比較不直觀，而造成學習曲線過於陡峭，推廣不易，造成fp-ts不少的挑戰，這也是我寫這一系列的動機之一。目前作者已經宣布fp-ts正式和Effect-TS生態系合併，未來的Effect-TS將被視為fp-ts的接續者或者當作fp-ts 3.0的體現。

轉合Haskell

如果要百分之百感受函數式程式設計的威力，最好是使用專替FP(Functional Programming)設計的語言，目前流行度最高的FP語言便是Haskell，這邊就個人的體驗提出一些來與大家分享。

資料流由右而左。由於函數可以不用括號，柯里化和沒有柯里化的寫法並沒有差別(Haskell的所有函數都是柯里化)，而函數的合成也使用和數學上相近的符號「句點.」，因為f . g x即代表f ∘ g(x) = f(g(x))，這可以讓我們閱讀視線由右而左(這也符合數學上的習慣)，因此一行程式碼便可以有相當強大的功能。
運算符就是函數。Haskell支援中序函數的寫法(infix function expression)，因此運處符號和函數是沒有區分的，一切都是函數。例如：+ 也是一個函數，5 + 3和 + 5 3是一樣的，因此有時候會有一些極抽象的式子，例如你要將一個陣列的數字和加總，只要寫 foldl (+) 0，因為foldl就是reduce，(+)就是Haskell內建的sum函數，不用再自行定義，0是初始值。另外，一些Monad相關的函數也是用符號代替，例如ap函數用<*>，infix map 則用<$> ，bind函數也用>>=來表示，使得資料流讀起來更順暢，而在Do notation中，輸出入(IO monad)的程式碼和傳統程式極為相似。
高階類別支援與型別推論。因為非常強大的型別推論能力和高階類別的支援，一些跨類別的函數使用非常方便，例如fmap可以用在任何Functor類別上，無須指定那一個型別建構子。一個函數只要明確說明有那些類別限制，只要是滿足型別限制的型別便可應用此函數，有極高的抽象化。

Do Notation

在知學Haskell程式時，main程式中的Do Notation是最困難，我們直接看一個Haskell quickSort的程式風格。

-- Use the standard Data.List module for the partition function
import Data.List (partition)

-- Quicksort implementation
import Data.List (partition)

-- Quicksort implementation
quicksort :: Ord a => [a] -> [a]
quicksort [] = []
quicksort (p:xs) = quicksort smaller ++ [p] ++ quicksort larger
  where
    (smaller, larger) = partition (< p) xs

-- Main function for user interaction
main :: IO ()
main = do
  putStrLn "Enter numbers separated by spaces:"
  input <- getLine
  let sortedNumbers = quicksort $ map read (words input) :: [Int]
  putStr "The sorted list is: "
  print sortedNumbers

這個程式在main = do這一行開始，看起來很像一般的程式語言，但是對<-確會覺得很彆扭，為何它不用=，主要的原因是，它其實是巢狀bind函數的語法糖，類似Javascript中async/await的語法角色。

Haskell的bind(>>=)函數其實就是我們的chain(flatMap)函數，只是參數的順序有所不同，而且bind(>>=)用的是中序函數的寫法，也就是說x >>= f 和chain(f)(x)一樣，如果f用Haskell的Lambda函數(相當於Javascript的匿名函數)\x -> return(x + 1)，return則相當於fp-ts中的IO.of，所以fp-ts中的程式碼

const main = pipe(
    IO.of(3),
    IO.chain(x => pipe(
        IO.of(4),
        IO.chain(y => pipe(
            IO.of(5),
            IO.chain(z => IO.of(x + y +z))
        ))
    ))
)
main()

在Haskell中變成

main = return 3 >>= (\x -> 
          return 4 >>= (\y -> 
          return 5 >>= (\z -> 
          return x + y + z)))

如果寫成Do Notation則變成

main :: IO Int
main = Do
    x <- 3
    y <- 4
    z <- 5
    return x + y + z

所以在Haskell IO 的 Do Notation中，最後一個return會保留，而且不能bind任何東西。而let後面的=必須接一般的型別，不能是IO Action。其實Do Notation可以用在任何的Monad之中，不限於IO Monad，只是IO Monad的main函數通常會用Do Notion，Haskell也會自動執行main函數。這種語法糖相當Javascript非同步回呼地獄(callback hell)由async/await的概念，以上是對Haskell Do Notation用我們fp-ts的理解做簡單的說明。

「水能載舟，也能覆舟」，也正因為這些優點，Haskell是一種極度抽象化的語言，初學的學習曲線極，所以語言的使用推廣不易，是一個小眾市場，但是對追求程式碼極簡化的開發者，卻值得玩一玩，希望有興趣親自去嚐試，畢竟上面三點只是我以個人觀點寫出，凡事要親自體驗才是實在。

付出與收穫

這是第二次參加鐵人賽，上次在最後階段每天想主題、趕程式和寫文稿中渡過，常常在前二天還沒決定要做什麼，最後完成的發文總覺得不是很完美；這一天比上次提前更早時間準備，也事先將內容主題設定好，存貨也都準備了一些，但是到了最後階段，還是改了不少主題，一些事先準備的素材也就用不上，最後幾十天還是趕了一些，幸好還是順利完成。

雖然有些主題準備的倉促，事先也沒先研究好，從搜集資料到程式撰寫還有發文都沒有把握，一度放棄新主題，幸好後來堅持完成，也對新的主題有更深入的了解，這真的是這次鐵人賽很大的收穫；如果沒有參加鐵人賽應該不會接觸這些主題。

由於許多的名詞和術語並沒有統一的中文翻譯，加上兩岸使用的名詞在網路的世界常常摻混，因為一開始還沒有統整，常在不同日期的發文使用不同的中文，感到非常困擾。幸好最後找到統整的表達方式，也將不同日期的發文重新統整發表，希望閱讀起來不會有太大誤會。

總而言之，參加鐵人賽，收穫的永遠是比付出的多，關於今年鐵人賽的發文，有時間還是會持續修訂或增加內容，也會持續的發文相關的主題，今年就在這裏和所有閱讀的讀者再見。