Haskell 使用GADT和构造函数子集的C语言AST

我想定义类型级别安全的C语言AST。到目前为止，我想出了这样的办法：

{-# LANGUAGE DataKinds #-}
{-# LANGUAGE GADTs #-}
{-# LANGUAGE KindSignatures #-}
{-# LANGUAGE ImpredicativeTypes #-}
{-# LANGUAGE RankNTypes #-}

data Defn
  = Func String [Block]

type Block = forall a. BlockItem a
type Stmt = BlockItem StmtType

data BlockItemKind = StmtType

data BlockItem :: BlockItemKind -> * where
  Var :: String -> Expr -> BlockItem a
  SideEff :: Expr -> BlockItem StmtType
  Return :: Expr -> BlockItem StmtType

data Expr
  = Lit Int

关键点是

块项

数据类型。在C标准中，有两种非常相似的结构——块和语句。块基本上只是语句列表，也可以包含变量声明。在这段代码中，我试图将语句声明为块项构造函数的子集（如

SideEff

和

Return

）

但是，此代码不能按预期工作。考虑下面的代码打印这个AST:

showDefn :: Defn -> String
showDefn (Func name block) = "func " ++ name ++ " . " ++ show (showBlock <$> block)

showBlock :: Block -> String
showBlock (Var name e) = name ++ " = " ++ showExpr e ++ ";"
showBlock e = showStmt e

showStmt :: Stmt -> String
showStmt (SideEff e) = showExpr e ++ ";"
showStmt (Return e) = "return " ++ showExpr e ++ ";"

showExpr :: Expr -> String
showExpr (Lit x) = show x

您可以运行代码

问题在哪里？我甚至不确定这是不是正确的设计。

（Haskell pro提示：如果你发现自己不得不使用

ImpredicativeTypes

扩展名，请把手从键盘上拿开，远离电脑。）

无论如何，要详细说明@luqui的评论，类型

Defn

相当于：

data Defn = Func String [forall a. BlockItem a]

---

这是一个

字符串和一个列表的产品类型。列表中的元素对于所有a都具有类型
。BlockItem a
，这是任何
a
（由值的调用方/用户选择）都可以成为
BlockItem a
的类型。正如@luqui指出的，
Var“a”（Lit 2）
有这种类型——它可以是任何可能的
a
的
块项a
，但您的其他块项不能。例如，当
a
是
StmtType
时，
Return（Lit 0）
只能是
BlockItem a
，因此它不能放在
[对于所有a.BlockItem a]
列表中——该类型对它来说太一般了

它类似于以下类型，允许存储任何类型的
Num
：

data NumList = NL [forall a. Num a => a]

因为
3
和
18-1
可以是任何类型的
Num
，我们可以将它们放在列表中：

mylist = NL [3, 18-1]

badlist = NL [length "hello"]  -- type error

稍后，我们可以提取此列表中的一个元素：

NL [_,x] = mylist

并将其视为我们想要的任何类型的
Num
：

> x :: Integer
17
> x :: Double
17.0

但我们不能将特定的
Num
类型（例如
Int
）放入列表：

mylist = NL [3, 18-1]

badlist = NL [length "hello"]  -- type error

如果我们可以，那么我们可以写：

> let NL [x] = badlist in sqrt x

使用
Int
的
sqrt
，所有“类型地狱”都将崩溃

所以，这就是你做错的地方。很难说你应该怎样做才对。如果没有GADT和数据类型，为什么下面的内容不适合您

data Defn = Func String [BlockItem]

data BlockItem
  = Var String Expr
  | Stmt Statement

data Statement
  = SideEff Expr
  | Return Expr

data Expr
  = Lit Int

我不明白你想干什么。在C语言中，块只是一种语句类型（“复合语句”）。
。BlockItem a
是可以同时用每个语句类型标记的东西（只有
Var
具有此属性）。