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Haskell 中的高效 I/O

Haskell 提高 I/O 效率的技巧及资源控制。

二进制 I/O

  • Data.ByteString ：定义严格求值的 ByteString 类型，将一串二进制数据或文本数据用一个数组表示。适合不在意内存限制并要求随机存取的情况。
  • Data.ByteString.Lazy：提供了 ByteString 的惰性类型，将一串数据分块组成列表，每块大小 64KB 。该方式惰性执行，对于体积较大的数据，惰性的 ByteString 类型会更好，其块大小针对现代 CPU L1缓存调整过，已处理过的、不会再被使用的流数据会被垃圾处理器快速回收。
  • 以上两种类型均提供了和 String 类型兼容的接口函数，但元素类型为字节 Word8，该类型在 Data.Word 模块中声明。
  • 可使用 pack 函数将字节数组装载为 ByteString：L.pack :: [Word.Word8] -> L.ByteString。
  • ByteString 库提供了两个功能有限的 I/O 功能模块：Data.ByteString.Char8 和 Data.ByteString.Lazy.Char8，其中的函数仅适用于单字节大小的 Char 值（ASCII和某些欧洲字符集，大于 255 会被截断）。这两个模块提供了较多方便的函数，如 readInt、split 等。

正则

  • Haskell 的正则通过 Text.Regex.Posix 模块提供，其中 =~ 操作符是正则表达式匹配函数。其参数和返回值都使用了类型类，第一个参数是要被匹配的文本，第二个参数是正则表达式，每个参数都可以用为 String 或者 ByteString 类型。其返回值是多态的，但文本匹配的结果必须和被匹配的字符串一致，我们可以将 String 和 ByteString 组合，但结果类型必须和被匹配字符串一样。正则表达式可以使 String 或者 ByteString，没有限制。根据返回类型签名不同，返回结果也有区别：
    • Bool：字符串和正则式是否匹配
    • Int：正则式在字符串中成功匹配的次数
    • (Int, Int)：格式为（首次匹配在字符串中的偏移量，首次匹配结果的长度），偏移量为 -1 时表示字符串和正则式不匹配
    • [(Int, Int)]：得到所有匹配子串的（偏移量，匹配长度），列表为空代表无匹配
    • String：得到第一个匹配的子串，或者无匹配的空字符串
    • [[String]]：返回由所有匹配的字符串组成的列表
    • (String, String, String)：匹配成功时为（首次匹配之前的部分，首次匹配的子串，首次匹配之后的部分），匹配失败时为（整个字符串，””,””）
    • (String, String, String, [String])：前三个元素和三元组相同，第四个元素是包含了模式中所有分组的列表
  • 正则函数可配合其他函数如 getAllTextMatchs 来获取更多结果：
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ghci> ("foo buot" =~ "(oo|uo)") :: [String]
["oo", "uo"]

文件系统路径

  • Haskell 的文件系统处理函数主要由 System.Directory 提供，如 doesDirectoryExist、doesFileExist、getCurrentDirectory、getDirectoryContents 等。
  • System.FilePath 主要处理文件路径，由两个模块构成：System.FilePath.Posix 和 System.FilePath.Windows，二者接口完全相同，适配平台不同。包含函数如：
    • getSearchPath：获得 $PATH 环境变量内容
    • </>：将两个字符串用 / 合为一个路径
    • <.>：将后缀名结合，等价于 addExtension
    • -<.>：去掉后缀名并添加一个新的后缀名，等价于 replaceExtension
    • dropTrailingPathSeparator：去掉文件路径后的分隔符，如 /
    • splitFileName：返回将路径切割为父级目录和文件名的二元组

常见 I/O 异常处理

  • 异常处理的几个常用函数包含在 Control.Exception 中。
  • handle :: (Exception -> IO a) -> IO a -> IO a 接收的第一个参数是一个函数，该函数接受一个异常值并且返回 IO Monad，第二个参数是可能抛出异常的 IO Monad。当第二个 IO Monad 执行出现异常时，作为 handle 第一个参数的函数会接收产生的异常值，并返回自己的 IO Monad；当第二个参数执行无异常时， handle 返回值与第二个参数相同。
  • 在 handle 的使用中可使用 const 忽略传入的异常。const 接收两个参数，无论第二个参数是什么都返回第一个参数：
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handle (const (return [])) (code_may_cause_exception)
const (return []) :: Monad m => b -> m [t]
  • 也可以使用 finally 捕获异常，其类型签名为 finally:: IO a-> IO b -> IO a，无论第一个 IO Monad 成功或失败，第二个 IO Monad 都会执行。
  • bracket 可以看作 Haskell 中的 defer：如果你试图获取一个资源，对该资源做一些操作，并想在操作结束后释放这个资源，则可以使用 bracket 来保证最终资源的释放。
    bracket 接收三个参数，第一个参数用于资源的获取，它的返回值会传给第二、三个参数，而第二个参数对应资源的释放，第三个参数为对资源的操作，它的返回值也是整个 bracket 函数的返回值。例如：
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bracket :: IO a -> (a -> IO b) -> (a -> IO c) -> IO c
bracket
  (openFile "filename" ReadMode)
  (hClose)
  (\fileHandle -> do { ... })
  • 当不需要获取第一个参数的返回值时，或这几个操作之间并无关系，使用 bracket_ :: IO a -> IO b -> IO c -> IO c 替代 bracket。
  • 如果仅希望释放操作在执行操作出现异常时调用，则使用 bracketOnError:: IO a -> (a -> IO b) -> (a -> IO c) -> IO c。

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