Haskell中的"undefined"和Java中的"null"有什么区别？

Question

Haskell中的"undefined"和Java中的"null"有什么区别？

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这两个术语的类型都是所有类型的交集（未被占据的）。它们可以在代码中传递而不会失败，直到尝试评估它们。我唯一能看到的区别是，在Java中，有一个漏洞允许对null进行恰好一个操作的评估，即引用相等比较（==），而在Haskell中，undefined根本无法进行评估，否则将抛出异常。这是唯一的区别吗？

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我的真正问题是，为什么在Java中包括null似乎是一个非常糟糕的决定，Haskell如何避免这种情况？在我看来，真正的问题在于，你可以对null做一些有用的事情，比如可以检查它是否为null。因为您可以这样做，所以已成为标准惯例，在代码中传递空值并表示“没有结果”，而不是“此程序存在逻辑错误”。而在Haskell中，没有办法检查一个术语是否会导致底部，而不对其进行评估并使程序崩溃，因此它永远不能用于表示“无结果”的方式。相反，必须使用像Maybe这样的东西。

如果我的术语“评估”听起来有点随意...我试图在这里进行类比，但很难准确表达。我想这表明这个比喻不太准确。

- Tom Crockett

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让我们看看：一个是用Haskell编写的，另一个是用Java编写的？ - Matt Ball

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@Matt，那只是语法，我指的是语义。 - Tom Crockett

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Java中与null更接近的对应词是Haskell语言中的Nothing。实际上，Java中的每个对象引用都类似于Haskell语言中的Maybe值。例如，Integer foo = new Integer(5)就像是let foo = Just 5，而Integer foo = null则类似于let foo = Nothing。 - Chuck

@Chuck，这是一种看待问题的方式，但我认为它并不像直接说null的行为很像undefined，除非你可以执行一个操作来检查一个术语是否评估为null。 - Tom Crockett

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实际上，这两种情况都有发生。因为对象引用始终可以为null，按照这个类比，在Java中的所有东西都以fromJust为前缀，如果在Nothing上使用它会产生一个错误。因此，从理论上讲，它更接近于Nothing，但在实践中，语义看起来更像是undefined。 - C. A. McCann

@ILMTitan 是的，它是使用漏洞运算符 == 进行评估的...你唯一允许（安全地）评估 null 的方式是检查它是否为 null。 - Tom Crockett

2个回答

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您的描述并不完全正确。您说 null 不能被评估。但是由于java是一种急切的语言，这意味着无论 f 的定义是什么（因为方法参数总是在方法运行之前被评估），f(null) 都会抛出 NPE。

你可以在haskell中传递 undefined 而不会收到异常的唯一原因是haskell是惰性的，只有在需要时才评估参数。

undefined 和 null 之间的另一个区别是，undefined 是标准库中定义的一个简单值。如果没有在标准库中定义它，您可以自己定义它（例如，通过编写 myUndefined = error "My Undefined）。

在Java中，null 是一个关键字。如果没有 null 关键字，您将无法定义它（进行类似于 haskell 定义的相当操作，即 Object myNull = throw(new Exception())，不起作用，因为表达式会在那里被评估）。

- sepp2k

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@pelotom：这么说并不完全准确。例如，如果在那个点上不对null求值（而且由此也没有推论出foo可能为空！），你就不能编写if (foo != null)。 - Chuck

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@pelotom：是的，&&和||是非严格的。但方法应用是严格的。因此，如果将任何表达式作为参数传递给方法，则在方法体之前将评估该表达式。您不能说“该表达式将首先被评估，除非该表达式评估为空”-没有办法知道表达式是否评估为空而不进行评估。 - sepp2k

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@pelotom：除了JLS第15.7节没有任何这样的漏洞。 - ILMTitan

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无论你多么希望它成为真实，Java 语言规范都有所规定。如果你无法接受 Java 语言规范作为 Java 语言的规范，那我们就没有共同的前提来进行理性的讨论。 - ILMTitan

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@pelotom: 是的，这就是区别所在：在 Haskell 中，你需要明确可能返回非值的情况，而在 Java 中则不需要。这是文化和语法方便性的问题，而不是语言本身的问题。如果你想把 Haskell 代码写满 error，理论上没有人能阻止你这么做（除了可能会遭到全世界其他 Haskell 程序员的强烈反对）。 - C. A. McCann

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- Don Stewart · Accepted Answer

在Haskell中，“undefined”和Java中的“null”有什么区别？

好的，让我们稍微回顾一下。

在Haskell中，“undefined”是“底部（bottom）”值的一个示例（表示为⊥）。这样的值表示程序中任何未定义、卡住或部分状态。

许多不同形式的底部存在：非终止循环、异常、模式匹配失败——基本上是程序中某种意义上未定义的状态。值undefined :: a是将程序置于未定义状态的典型示例。 undefined本身并不特别，它不是固定的，你可以使用任何产生底部的表达式来实现Haskell的undefined。例如，这是undefined的有效实现：

 > undefined = undefined

或者立即退出（旧的Gofer编译器使用此定义）：

 > undefined | False = undefined

bottom的主要属性是，如果一个表达式评估为bottom，那么您的整个程序将评估为bottom：程序处于未定义状态。

为什么需要这样的值？在惰性语言中，您经常可以操作存储bottom值的结构或函数，而程序本身不会成为bottom。

例如，无限循环列表是完全有效的：

 > let xs = [ let f = f in f 
            , let g n = g (n+1) in g 0
            ]
 > :t xs
 xs :: [t]
 > length xs
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我对列表的元素无能为力：

 > head xs
 ^CInterrupted.

这种无限的操作是 Haskell 如此有趣和表达性的一部分。懒惰的结果是 Haskell 特别关注底部值。

然而，很明显，底部的概念同样适用于 Java 或任何（非全）语言。在 Java 中，有许多表达式产生“底部”值：

- 将引用与 null 进行比较（请注意，不是 null 本身，因为它是被定义的）； - 除零； - 数组越界异常； - 无限循环等。

你不能很容易地替换一个底部为另一个底部，在这方面 Java 编译器并没有对底部值进行推理。但是，这样的值确实存在。

总之：

- 在 Java 中，解引用 null 值是产生底部值的一个具体表达式； - 在 Haskell 中，undefined 值是一个通用的产生底部值的表达式，可以在 Haskell 中任何需要底部值的地方使用。

这就是它们的相似之处。

补充：

关于 null 本身的问题：为什么它被认为是不好的形式？

首先，Java 的 null 本质上等同于在 Haskell 中的每个类型 a 上添加一个隐式 Maybe a 。

解引用 null 等同于只对 Just 情况模式匹配：f (Just a) = ... a ...

因此，当传入的值为 Nothing（在 Haskell 中）或 null（在 Java 中）时，程序将达到未定义状态。这是不好的：你的程序会崩溃。

因此，通过向每种类型添加 null ，你只需更容易地意外创建底部值 - 类型不再帮助你。你的语言不再帮助你防止特定类型的错误，这是不好的。

当然，其他底部值仍然存在：例如 undefined 异常或无限循环。向每个函数添加一个新的可能失效模式 -- 解引用 null -- 只会使编写崩溃程序变得更容易。