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[phd-thesis.git] / appendix / clean_for_haskell_programmers.tex
index 715964c..65dfb87 100644 (file)
@@ -1,5 +1,25 @@
+\documentclass[../thesis.tex]{subfiles}
+
+\begin{document}
+
+\ifSubfilesClassLoaded{
+       \pagenumbering{arabic}
+}{
+}
+
+\chapter{\texorpdfstring{\glsentrytext{CLEAN}}{Clean} for \texorpdfstring{\glsentrytext{HASKELL}}{Haskell} Programmers}%
+\label{chp:clean_for_haskell_programmers}
+
+This note is meant to give people who are familiar with the functional programming language \gls{HASKELL} a consise overview of \gls{CLEAN} language elements and how they differ from \gls{HASKELL}.
+The goal is to support the reader when reading \gls{CLEAN} code.
+Table~\ref{tbl:syn_clean_haskell} shows frequently occuring \gls{CLEAN} language elements on the left side and their \gls{HASKELL} equivalent on the right side.
+Obviously, this summary is not exhaustive.
+Some \gls{CLEAN} language elements that are not easily translatable to \gls{HASKELL} and thus do not occur in the summary following below.
+We hope you enjoy these notes and that it aids you in reading \gls{CLEAN} programs.
+
 While \gls{CLEAN} and \gls{HASKELL} were both conceived around 1987 and have similar syntax, there are some subtle differences in syntax and functionality.
-This section describes some of the history of \gls{CLEAN} and provides a crash course in \gls{CLEAN} pecularities writen for \gls{HASKELL} programmers.
+This section describes some of the history of \gls{CLEAN} and provides a crash course in \gls{CLEAN} pecularities written for \gls{HASKELL} programmers.
+It is based on the 
 
 \Gls{CLEAN}---acronym for Clean \acrlong{LEAN}~\cite{barendregt_towards_1987}---, was originally designed as a \gls{GRS} core language but quickly served as an intermediate language for other functional languages~\cite{brus_clean_1987}.
 In the early days it has also been called \emph{Concurrent} \gls{CLEAN}~\cite{nocker_concurrent_1991} but these days the language has no support for this anymore.
@@ -10,7 +30,7 @@ However, over the years, the syntax got friendlier and it currently it looks a l
 In the past, a \emph{double-edged} fronted even existed that allowed \gls{CLEAN} to be extended with \gls{HASKELL98} syntax and vice versa, however this frontend is no longer maintained~\cite{groningen_exchanging_2010}.
 This chapter therefore gives a brief syntactical and functional comparison, a complete specification of the \gls{CLEAN} language can be found in the latest language report~\cite{plasmeijer_clean_2021}.
 Many of this is based on work by Achten although that was based on \gls{CLEAN} 2.1 and \gls{HASKELL98}~\cite{achten_clean_2007}.
-When \gls{HASKELL} is mentioned I actually mean \gls{GHC}'s \gls{HASKELL} and by \gls{CLEAN} I mean \gls{CLEAN} 3.1's \gls{ITASK} compiler.
+When \gls{HASKELL} is mentioned we actually mean \gls{GHC}'s \gls{HASKELL}\footnote{If an extension is enabled, a footnote is added stating that \GHCmod{SomeExtension} is required.} this is denoted and by \gls{CLEAN} we mean \gls{CLEAN} 3.1's compiler with the \gls{ITASK} extensions.
 
 \section{Features}
 \subsection{Modules}
@@ -23,17 +43,17 @@ Choosing what is exported in \gls{HASKELL} is done using the \haskellinline{modu
 
 \subsection{Strictness}
 In \gls{CLEAN}, by default, all expressions are evaluated lazily.
-Types can be annotated with a strictness attribute (\cleaninline{!}), resulting in the values being evaluated to head-normal form before the function is entered.
+Types can be annotated with a strictness attributes (\cleaninline{!}), resulting in the values being evaluated to head-normal form before the function is entered.
 In \gls{HASKELL}, in patterns, strictness can be enforced using \haskellinline{!}\requiresGHCmod{BangPatterns}.
 Within functions the strict let (\cleaninline{#!}) can be used to force evaluate an expression, in \gls{HASKELL} \haskellinline{seq} or \haskellinline{\$!} is used for this.
 
 \subsection{Uniqueness typing}
-Types in \gls{CLEAN} may be \emph{unique}, which means that they may not be shared\todo{cite}.
+Types in \gls{CLEAN} may be \emph{unique}, which means that they may not be shared~\cite{barendsen_uniqueness_1996}.
 The uniqueness type system allows the compiler to generate efficient code because unique data structures can be destructively updated.
-Furthermore, uniqueness typing serves as a model for side effects as well.
-\Gls{CLEAN} uses the \emph{world-as-value} paradigm where \cleaninline{World} represents the external environment and is always unique.
+Furthermore, uniqueness typing serves as a model for side effects as well~\cite{achten_high_1993,achten_ins_1995}.
+\Gls{CLEAN} uses the \emph{world-as-value} paradigm where \cleaninline{World} represents the external environment and is always unique~\cite{backus_introduction_1990}.
 A program with side effects is characterised by a \cleaninline{Start :: *World -> *World} start function.
-In \gls{HASKELL}, interaction with the world is done using the \haskellinline{IO} monad.
+In \gls{HASKELL}, interaction with the world is done using the \haskellinline{IO} monad~\cite{peyton_jones_imperative_1993}.
 The \haskellinline{IO} monad could very well be---and actually is---implemented in \gls{CLEAN} using a state monad with the \cleaninline{World} as a state.
 Besides marking types as unique, it is also possible to mark them with uniqueness attributes variables \cleaninline{u:} and define constraints on them.
 For example, to make sure that an argument of a function is at least as unique as another argument.
@@ -41,7 +61,7 @@ Finally, using \cleaninline{.} (a dot), it is possible to state that several var
 Uniqueness is propagated automatically in function types but must be marked manually in data types.
 Examples can be seen in \cref{lst:unique_examples}.
 
-\begin{lstClean}[label={lst:unique_examples},caption={Examples of uniqueness annotations}]
+\begin{lstClean}[label={lst:unique_examples},caption={Examples of uniqueness annotations.}]
 f :: *a -> *a                // f works on unique values only
 f :: .a -> .a                // f works on unique and non-unique values
 f :: v:a u:b -> u:b, [v<=u]  // f works when a is less unique than b
@@ -51,22 +71,46 @@ f :: v:a u:b -> u:b, [v<=u]  // f works when a is less unique than b
 %:: T = T (Int -> *(*World -> *World)) // Writing :: T = T (Int *World -> *World) won't work
 
 \subsection{Expressions}
-\todo[inline]{Matches pattern expression \texttt{=:}}
+Patterns in \gls{CLEAN} can be used as predicates as well~\cite[Chp.~3.4.3]{plasmeijer_clean_2021}.
+Using the \cleaninline{=:} operator, a value can be tested against a pattern.
+Variable names are not allowed but wildcard patterns \cleaninline{\_} are.
+
+\begin{lstClean}[label={lst:matches_pattern_expression},caption={Examples of \emph{matches pattern} expressions.}]
+isNil :: [a] -> Bool
+isNil l = l=:[]
 
-\todo[inline]{Let before}
+:: T = A Int | B Bool
+
+ifAB :: T a a -> a
+ifAB x ifa ifb = if (x =: (A _)) ifa ifb
+\end{lstClean}
+
+Due to the nature of uniqueness typing, many functions in \gls{CLEAN} are state transition functions with possibly unique states.
+The \emph{let before} construct allows the programmer to specify sequential actions without having to invent unique names for the different versions of the state.
+\Cref{lst:let_before} shows an example of the usage of the \emph{let before} construct (adapted from~\cite[Chp.~3.5.4]{plasmeijer_clean_2021}).
+
+\begin{lstClean}[label={lst:let_before},caption={Let before expression example.}]
+readChars :: *File -> ([Char], *File)
+readChars file
+# (ok, char, file) = freadc file
+| not ok           = ([], file)
+# (chars, file)    = readChars file
+= ([char:chars], file)
+\end{lstClean}
 
 \subsection{Generics}
 Polytypic functions~\cite{jeuring_polytypic_1996}---also known as generic or kind-indexed fuctions---are built into \gls{CLEAN}~\cite[Chp.~7.1]{plasmeijer_clean_2021}\cite{alimarine_generic_2005} whereas in \gls{HASKELL} they are implemented as a library~\cite[Chp.~6.19.1]{ghc_team_ghc_2021}.
+The implementation of generics in \gls{CLEAN} is very similar to that of Generic H$\forall$skell~\cite{hinze_generic_2003}.
 %When calling a generic function, the kind must always be specified and depending on the kind, the function may require more arguments.
 
 For example, defining a generic equality is done as in \cref{lst:generic_eq}.
 \lstinputlisting[language=Clean,firstline=4,label={lst:generic_eq},caption={Generic equality function in \gls{CLEAN}.}.]{lst/generic_eq.icl}
 
-Metadata about the types is available using the \cleaninline{of} syntax that gives the function access to metadata records, as can be seen in \cref{lst:generic_print} showing a generic print function. This abundance of metadata allows for very complex generic functions that near the expression level of template metaprogramming\todo[inline]{crossref chapter c-code generation}.
+Metadata about the types is available using the \cleaninline{of} syntax that gives the function access to metadata records, as can be seen in \cref{lst:generic_print} showing a generic print function. This abundance of metadata allows for very complex generic functions that near the expression level of template metaprogramming\ifSubfilesClassLoaded{}{ (See \cref{chp:first-class_datatypes})}.
 \lstinputlisting[language=Clean,firstline=4,label={lst:generic_print},caption={Generic print function in \gls{CLEAN}.}]{lst/generic_print.icl}
 
-\subsection{\glsentrytext{GADT}s}
-GADTs are enriched data types that allow the type instantiation of the constructor to be explicitly defined~\cite{cheney_first-class_2003,hinze_fun_2003}.
+\subsection{\texorpdfstring{\glsentrytext{GADT}}{GADT}s}
+\Glspl{GADT} are enriched data types that allow the type instantiation of the constructor to be explicitly defined~\cite{cheney_first-class_2003,hinze_fun_2003}.
 While \glspl{GADT} are not natively supported in \gls{CLEAN}, they can be simulated using embedding-projection pairs or equivalence types~\cite[Sec.~2.2]{cheney_lightweight_2002}.
 To illustrate this, \cref{lst:gadt_clean} shows an example \gls{GADT} that would be implemented in \gls{HASKELL} as done in \cref{lst:gadt_haskell}\requiresGHCmod{GADTs}.
 
@@ -107,9 +151,9 @@ To illustrate this, \cref{lst:gadt_clean} shows an example \gls{GADT} that would
        \cleaninline{True :: Bool} & \haskellinline{True :: Bool}\\
        \cleaninline{toInteger 42 :: Integer} & \haskellinline{42 :: Integer}\\
        \cleaninline{38.0 :: Real} & \haskellinline{38.0 :: Float -- or Double}\\
-       \cleaninline{"Hello" +++ "World" :: String}\footnote{Strings are represented as unboxed character arrays.}
-               & \haskellinline{"Hello" ++ "World" :: String}\footnote{Strings are represented as lists of characters by default but may be overloaded as well if \GHCmod{OverloadedStrings} is enabled.}\\
-       \cleaninline{['Hello'] :: [Char]} & \haskellinline{"Hello" :: String}\\
+       \cleaninline{\"Hello\" +++ \"World\" :: String}\footnote{Strings are represented as unboxed character arrays.}
+               & \haskellinline{\"Hello\" ++ \"World\" :: String}\footnote{Strings are represented as lists of characters by default but may be overloaded as well if \GHCmod{OverloadedStrings} is enabled.}\\
+       \cleaninline{['Hello'] :: [Char]} & \haskellinline{\"Hello\" :: String}\\
        \cleaninline{?t} & \haskellinline{Maybe t}\\
        \cleaninline{(?None, ?Just e)} & \haskellinline{(Nothing, Just e)}\\
 
@@ -122,7 +166,7 @@ To illustrate this, \cref{lst:gadt_clean} shows an example \gls{GADT} that would
        \cleaninline{:: T a0 ...} & \haskellinline{data T a0 ...}\\
        \quad\cleaninline{= \{ f0 :: t0, ..., fn :: tn \} } & \quad\haskellinline{= T \{ f0 :: t0, ..., fn :: tn \} }\\
        \cleaninline{:: T a0 ... =: t} & \haskellinline{newtype T a0 ... = t}\\
-       \cleaninline{:: T = E.t Box t \& C t} & \haskellinline{data T = forall t.C t => Box t}\requiresGHCmod{ExistentialQuantification}\\
+       \cleaninline{:: T = E.t: Box t \& C t} & \haskellinline{data T = forall t.C t => Box t}\requiresGHCmod{ExistentialQuantification}\\
 
        \midrule
        \multicolumn{2}{c}{Function types}\\
@@ -220,3 +264,5 @@ To illustrate this, \cref{lst:gadt_clean} shows an example \gls{GADT} that would
        \bottomrule
 \end{longtable}
 
+\input{subfilepostamble}
+\end{document}