Practical Haskell A Real World Guide to Programming — Second Edition — Alejandro Serrano Mena Practical Haskell A Real World Guide to Programming Second Edition Alejandro Serrano Mena Practical Haskell: A Real World Guide to Programming Alejandro Serrano Mena Utrecht, The Netherlands ISBN-13 (pbk): 978-1-4842-4479-1 ISBN-13 (electronic): 978-1-4842-4480-7 https://doi.org/10.1007/978-1-4842-4480-7 Copyright © 2019 by Alejandro Serrano Mena This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed. Trademarked names, logos, and images may appear in this book. Rather than use a trademark symbol with every occurrence of a trademarked name, logo, or image we use the names, logos, and images only in an editorial fashion and to the benefit of the trademark owner, with no intention of infringement of the trademark. The use in this publication of trade names, trademarks, service marks, and similar terms, even if they are not identified as such, is not to be taken as an expression of opinion as to whether or not they are subject to proprietary rights. While the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication, neither the authors nor the editors nor the publisher can accept any legal responsibility for any errors or omissions that may be made. The publisher makes no warranty, express or implied, with respect to the material contained herein. Managing Director, Apress Media LLC: Welmoed Spahr Acquisitions Editor: Steve Anglin Development Editor: Matthew Moodie Coordinating Editor: Mark Powers Cover designed by eStudioCalamar Cover image designed by Freepik (www.freepik.com) Distributed to the book trade worldwide by Springer Science+Business Media New York, 233 Spring Street, 6th Floor, New York, NY 10013. Phone 1-800-SPRINGER, fax (201) 348-4505, e-mail orders-ny@springer- sbm.com, or visit www.springeronline.com. Apress Media, LLC is a California LLC and the sole member (owner) is Springer Science + Business Media Finance Inc (SSBM Finance Inc). SSBM Finance Inc is a Delaware corporation. For information on translations, please e-mail [email protected]; for reprint, paperback, or audio rights, please email [email protected]. Apress titles may be purchased in bulk for academic, corporate, or promotional use. eBook versions and licenses are also available for most titles. For more information, reference our Print and eBook Bulk Sales web page at http://www.apress.com/bulk-sales. Any source code or other supplementary material referenced by the author in this book is available to readers on GitHub via the book’s product page, located at www.apress.com/9781484244791. For more detailed information, please visit http://www.apress.com/source-code. Printed on acid-free paper To Elena, and my two boys Quique and Julio, which bring me joy every single day. Table of Contents About the Author �����������������������������������������������������������������������������������������������������xv About the Technical Reviewer �������������������������������������������������������������������������������xvii Acknowledgments ��������������������������������������������������������������������������������������������������xix Introduction ������������������������������������������������������������������������������������������������������������xxi Part I: First Steps ��������������������������������������������������������������������������������������������1 Chapter 1: Going Functional �������������������������������������������������������������������������������������3 Why Haskell? ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������3 Why Pure Functional Programming? ���������������������������������������������������������������������������������������4 Why Strong Static Typing? �������������������������������������������������������������������������������������������������������6 The Haskell Ecosystem ������������������������������������������������������������������������������������������������������������7 The History of Haskell �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������8 Your Working Environment ������������������������������������������������������������������������������������������������������������8 Installing on Windows or Mac OS X �����������������������������������������������������������������������������������������9 Installing on Linux �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������9 First Steps with GHCi ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������11 The Time Machine Store �������������������������������������������������������������������������������������������������������������13 Summary�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������14 Chapter 2: Declaring the Data Model ����������������������������������������������������������������������17 Characters, Numbers, and Lists ��������������������������������������������������������������������������������������������������17 Characters �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������18 Numbers ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������19 Strings �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������21 Lists ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������22 v Table of ConTenTs Creating a New Project ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������27 Creating a Project with Cabal ������������������������������������������������������������������������������������������������27 Creating a Project with Stack ������������������������������������������������������������������������������������������������29 Understanding Modules ���������������������������������������������������������������������������������������������������������31 Cabal and Stack ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������33 Defining Simple Functions ����������������������������������������������������������������������������������������������������������33 Creating a Simple Function ���������������������������������������������������������������������������������������������������34 Specifying the Function’s Type ����������������������������������������������������������������������������������������������34 Developing a Robust Example �����������������������������������������������������������������������������������������������35 Returning More Than One Value ��������������������������������������������������������������������������������������������38 Working with Data Types �������������������������������������������������������������������������������������������������������������40 Pattern Matching �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������44 Records ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������56 Summary�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������62 Chapter 3: Increasing Code Reuse ��������������������������������������������������������������������������63 Parametric Polymorphism �����������������������������������������������������������������������������������������������������������64 Functions As Parameters ������������������������������������������������������������������������������������������������������������67 Higher-Order Functions ���������������������������������������������������������������������������������������������������������68 Anonymous Functions �����������������������������������������������������������������������������������������������������������70 Partial Application of a Function ��������������������������������������������������������������������������������������������73 More on Modules ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������77 Module Imports ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������77 Smart Constructors and Views ����������������������������������������������������������������������������������������������79 Diving into Lists ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������82 Folds ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������83 Lists and Predicates ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������87 Lists Containing Tuples ����������������������������������������������������������������������������������������������������������95 List Comprehensions �������������������������������������������������������������������������������������������������������������96 Haskell Origami �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������101 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������106 vi Table of ConTenTs Chapter 4: Using Containers and Type Classes �����������������������������������������������������109 Using Packages �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������110 Managing Dependencies �����������������������������������������������������������������������������������������������������111 Building Packages ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������113 Obtaining Help ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������118 Containers: Maps, Sets, Trees, Graphs ��������������������������������������������������������������������������������������118 Maps ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������119 Sets �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������124 Trees ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������126 Graphs ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������129 Ad Hoc Polymorphism: Type Classes �����������������������������������������������������������������������������������������132 Declaring Classes and Instances �����������������������������������������������������������������������������������������133 Built-in Type Classes �����������������������������������������������������������������������������������������������������������137 Binary Trees for the Minimum Price ������������������������������������������������������������������������������������������143 Step 1: Simple Binary Trees �������������������������������������������������������������������������������������������������143 Step 2: Polymorphic Binary Trees ����������������������������������������������������������������������������������������145 Step 3: Binary Trees with Monoidal Cache ��������������������������������������������������������������������������147 Container-Related Type Classes ������������������������������������������������������������������������������������������������150 Functors ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������150 Foldables �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������153 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������155 Chapter 5: Laziness and Infinite Structures ���������������������������������������������������������157 An Infinite Number of Time Machines ���������������������������������������������������������������������������������������158 Lazy Evaluation Model ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������163 Understanding Evaluation in Haskell �����������������������������������������������������������������������������������163 Problems with Laziness �������������������������������������������������������������������������������������������������������168 Pattern Matching and Laziness �������������������������������������������������������������������������������������������171 Profiling with GHC����������������������������������������������������������������������������������������������������������������173 Strictness Annotations ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������179 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������182 vii Table of ConTenTs Part II: Data Mining �������������������������������������������������������������������������������������183 Chapter 6: Knowing Your Clients Using Monads ���������������������������������������������������185 Data Mining �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������186 Implementing K-means �������������������������������������������������������������������������������������������������������186 Lenses ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������193 Discovering Monads ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������202 Watching Out for Incomplete Data ���������������������������������������������������������������������������������������202 Combinators for State ���������������������������������������������������������������������������������������������������������205 Dissecting the Combinators ������������������������������������������������������������������������������������������������209 do Notation ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������212 Monad Laws ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������216 Different Sorts of State �������������������������������������������������������������������������������������������������������������217 State and Lenses �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������218 Reader, Writer, and RWS ������������������������������������������������������������������������������������������������������220 Mutable References with ST �����������������������������������������������������������������������������������������������224 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������227 Chapter 7: More Monads: Now for Recommendations �����������������������������������������229 Returning More Than One Value ������������������������������������������������������������������������������������������������230 The List Monad ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������230 A New View Over Monads ����������������������������������������������������������������������������������������������������232 Failures and Alternatives �����������������������������������������������������������������������������������������������������233 Association Rules Learning �������������������������������������������������������������������������������������������������������237 Flattening Values into Transactions �������������������������������������������������������������������������������������238 The Apriori Algorithm �����������������������������������������������������������������������������������������������������������241 Search Problems �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������247 Paths in a Graph ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������247 The Logic Monad �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������249 Monads and Lists Redux �����������������������������������������������������������������������������������������������������������252 Combining Values Under a Monad ���������������������������������������������������������������������������������������252 Monad Comprehensions ������������������������������������������������������������������������������������������������������256 viii Table of ConTenTs Combining Monads �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������259 Monad Transformers ������������������������������������������������������������������������������������������������������������260 Monad Classes ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������265 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������268 Chapter 8: Working in Several Cores ��������������������������������������������������������������������269 Parallelism, Concurrency, and Distribution �������������������������������������������������������������������������������269 The Par Monad ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������271 Futures ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������271 Dataflow Parallelism with IVars �������������������������������������������������������������������������������������������274 Parallelizing the Apriori Algorithm ���������������������������������������������������������������������������������������276 Software Transactional Memory �����������������������������������������������������������������������������������������������279 Concurrent Use of Resources ����������������������������������������������������������������������������������������������280 Atomic Transactions ������������������������������������������������������������������������������������������������������������282 Rolling Back Transactions ����������������������������������������������������������������������������������������������������286 Producer-Consumer Queues �����������������������������������������������������������������������������������������������������288 Single-Process Queues �������������������������������������������������������������������������������������������������������288 Message Queues Using AMQP ���������������������������������������������������������������������������������������������290 AMQP in Haskell ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������293 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������296 Part III: Resource Handling �������������������������������������������������������������������������299 Chapter 9: Dealing with Files: IO and Conduit ������������������������������������������������������301 Basic Input and Output ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������302 Randomness �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������307 Working with Files ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������310 Reading and Writing ������������������������������������������������������������������������������������������������������������310 Handling Files ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������314 Error Handling ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������316 Pure Errors ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������316 Catching Exceptions ������������������������������������������������������������������������������������������������������������319 Throwing Exceptions �����������������������������������������������������������������������������������������������������������324 ix Table of ConTenTs Streaming Data with Conduit ����������������������������������������������������������������������������������������������������326 Problems with Lazy Input/Output ����������������������������������������������������������������������������������������326 Introducing Conduits �����������������������������������������������������������������������������������������������������������328 Accessing Files via Conduit �������������������������������������������������������������������������������������������������332 Looking Further Than Text Files ������������������������������������������������������������������������������������������������335 Basic Networking ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������335 Binary Serialization �������������������������������������������������������������������������������������������������������������337 Comma-Separated Values ���������������������������������������������������������������������������������������������������339 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������341 Chapter 10: Building and Parsing Text �����������������������������������������������������������������343 The Five Textual Data Types ������������������������������������������������������������������������������������������������������343 Building as Fast as the Wind �����������������������������������������������������������������������������������������������������349 Parsing with attoparsec ������������������������������������������������������������������������������������������������������������353 Introducing New Type Classes ��������������������������������������������������������������������������������������������������360 Applicative ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������361 Functors, Applicatives, and Monads ������������������������������������������������������������������������������������363 Alternative ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������366 Traversable ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������367 Don’t Overengineer: Just Use JSON ������������������������������������������������������������������������������������������370 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������378 Chapter 11: Safe Database Access �����������������������������������������������������������������������379 Database Access Landscape�����������������������������������������������������������������������������������������������������379 Abstracting Over Several DBMSs ����������������������������������������������������������������������������������������380 Introducing Persistent and Esqueleto ����������������������������������������������������������������������������������381 Connection ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������382 Schemas and Migrations ����������������������������������������������������������������������������������������������������������385 Describing the Entities ��������������������������������������������������������������������������������������������������������386 Creating the Database ���������������������������������������������������������������������������������������������������������391 x
Description: