使用 GHC Haskell 进行编译时断言？

Question

我来自C++，习惯了能够构建简单形式的编译时断言，通过使用模板元编程和/或cpp(1)，在编译期间如果一些简单条件（例如在简单的代数表达式上）没有得到满足，我可以发出警告或错误。

例如，如果我想确保我的程序只在Int具有至少某个minBound/maxBound范围时进行编译，或者在当前编译目标下可以进行无损（可逆）从Int64到Int的转换。这是否可以通过一些GHC Haskell扩展来实现？我的第一个猜测是使用TH。还有其他可以用于此目的的GHC设施吗？

- hvr

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（不）幸运的是，Haskell 中没有依赖类型，这对于此目的本来很好（但可能需要您放置更多的类型注释）。 - Alexandre C.

@Alexandre：听起来很有趣...你能详细解释一下如何使用依赖类型来确定Int64在编译时是否适合于Int吗？ - hvr

依赖类型将完整的定理证明器编码到类型系统中。数据的任何属性都可以在其类型中表达。 - kamatsu

@hvr：当lo和hi是整数的边界时，可以使用Int lo hi类型。例如，(+)现在的类型为Int l1 h1 -> Int l2 h2 -> Int (l1 + l2) (h1 + h2)。 - Alexandre C.

对于 minBound/maxBound 检查，您也可以使用 configure 脚本。 - Mikhail Glushenkov

我不知道你是否可以用它来实现这个目的，但 GHC 允许你在 Haskell 代码上使用 C 预处理器。你可以使用 -XCPP 标识（或 {-# LANGUAGE CPP #-} 指令）。 - Antal Spector-Zabusky

Answer 1

这是一个广义且稍微简化的版本，基于Anthony的例子：

{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}
module StaticAssert (staticAssert) where

import Control.Monad (unless)
import Language.Haskell.TH (report)

staticAssert cond mesg = do
    unless cond $ report True $ "Compile time assertion failed: " ++ mesg
    return [] -- No need to make a dummy declaration

使用方法：

{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}
import StaticAssert

$(staticAssert False "Not enough waffles")

- hammar

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这确实是我在尝试TH时的一次改进！ - Anthony

感谢你们两位，@hammar 和 @Anthony。所需的 TH-voodoo 看起来比我预期的要简单 :-)... 顺便问一下，为什么要使用 $( .. ) 语法？对于顶层 TH 调用来说，这不是可选的吗？ - hvr

@hvr：是的，虽然我喜欢使用它，以便更容易地将TH与普通代码分开。 - hammar

即使是可选的，统一使用拼接语法仍然会更加清晰明了。 - Carl

@Carl提出了一个非常好的观点。Haskell的宏文化仍处于萌芽阶段，因此我们需要小心谨慎，以避免破坏我们目前所拥有的美感。 - Anthony

Answer 2

使用TH来实现这并不太困难。这是一个模块，它将所需的断言定义为残留声明的一部分：

{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}
module CompileTimeWarning where
import Control.Monad (unless)
import Data.Int (Int64)
import Language.Haskell.TH

assertInt = let test = fromIntegral (maxBound::Int) == (maxBound::Int64)
            in do unless test $ report True "Int is not safe!"
                  n <- newName "assertion"
                  e <- fmap NormalB [|()|]
                  return $ [FunD n [Clause [] e []]]

使用断言需要一个顶层声明，该声明仅用于断言，而不用于其他任何内容：

{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}
import CompileTimeWarning
$(assertInt)

- Anthony