2014-07-22

Elmでやってみるシリーズ5: 逆ポーランド電卓。

いわゆる一つの逆ポーランド記法(Reverse Polish Notation, RPN)電卓です。入力フォームをSignalに結びつけて入力として使う例になります。私は本物のRPN電卓を使ったことがないので本物とはたぶん動作が違います。

import Graphics.Input (input, button)

-- 電卓のボタン操作の種別
data Keys = Number Int | Add | Sub | Mul | Div | Clear | Enter

-- GUIからの電卓に対する操作入力列を表現するシグナル。初期値はClear。
keys = input Clear

-- 画面を作る。
calculator (n, xs) =
   let btn = button keys.handle
       btnN n = btn (Number n) (show n)
   in flow down [
        flow right [ btnN 7, btnN 8, btnN 9, btn Add "+" ]
      , flow right [ btnN 4, btnN 5, btnN 6, btn Sub "-" ]
      , flow right [ btnN 1, btnN 2, btnN 3, btn Mul "*" ]
      , flow right [ btnN 0, btn Clear "Clear",  btn Enter "Enter",  btn Div "/" ]
      , if (n==0) then (asText xs) else (asText n)
    ]

-- 有限状態マシン(状態=入力エリアへの入力中の値とスタックのタプル)としての電卓のモデル化。
calc : Keys -> (Int, [Int]) -> (Int, [Int])
calc it (num, xs) = case it of
  Number n -> (num*10+n, xs)
  Enter -> (0, num::xs)
  Clear -> (0,[])
  _ -> if (length xs < 2)
         then (0, xs)
         else let top = head xs
                  second = head (tail xs)
                  rest = tail (tail xs)
              in case it of
                 Add -> (0, (second+top) :: rest)
                 Sub -> (0, (second-top) :: rest)
                 Mul -> (0, (second*top) :: rest)
                 Div -> (0, (second `div` top) :: rest)

-- foldpで、入力操作列シグナルに対して、「1回前の電卓状態に、入力操作を適用し、次状態を生成する」という関数をリフト適用する。
main=lift calculator (foldp calc (0,[]) keys.signal)

実行画面(操作可能)

<br />

上記のソースを変更した上で実行したい場合はこちらからどうぞ。ブラウザ内で実行できます。

気づいたこと

コロン(:)、ダブルコロン(::)はHaskellのそれとちょうど意味が逆になっている。既存のhaskell編集モードを流用したい場合、不便かも。
~~asパターンはない。~~asパターンは@ではなく、... as someのように記述。

  NG: let (x@{a,b}) = {a=1, b=2} in x
  OK: let ({a,b} as x) = {a=1, b=2} in x

case式でリストをパターンマッチで分解できない。具体的には「case (x:xs) of ...」などができず、(x:xs)の部分は単一の変数名しか指定できない。(x:xs)を指定してもエラーにならないので、Elmのバグではなかろうか。(本件は記述が変なのと詳細を覚えてないので削除)
Inputのhandleは、複数のGUI部品からの入力を集約したSignalを作成するための間接参照点である。(という理解で正しいか?)
Elmに例外ってないみたいだが、たとえば(head [])するとJavaScriptでの実行時例外になって、プログラムは再開できなくなる(もちろんページ全体をリロードすれば操作は再開できるが)。そうならないようにチェックすれば良いのだが、そういうものか?
トップレベル定義の型アノテーションを型推論させて表示するには、Elmコマンドの-pもしくは--print-typesでできる。しかしアノテーションはあまり必要な気がしない(逆にアノテーションが本体関数の変更に追随しないことで良くエラーになる)が、ドキュメント情報としてみると便利であろう。
foldlかfoldrで逆ポーランド電卓を作るのは、すごいH本の例にあったが、上のelmのはfoldpで同型。一般化すると、一連の入力シーケンスにともなって状態を変化させる処理は、適切な粒度のSignal+foldpの抽象化に対応するということか。ファイルからの入力文字ストリームはSignalにできそう。書き込みはどうか？ソケット通信やDBはどうか。

追記: Elm 0.14対応

import Graphics.Input (..)
import Signal
import Signal(Channel)
import Graphics.Element (..)
import Text(..)
import List(..)

type Keys = Number Int | Add | Sub | Mul | Div | Clear | Enter

keys : Channel Keys
keys = Signal.channel  Clear

calculator : (Int, List Int) -> Element
calculator (n, xs) =
   let btn x = button (Signal.send keys x)
       btnN n = btn (Number n) (toString n)
   in flow down [
        flow right [ btnN 7, btnN 8, btnN 9, btn Add "+" ]
      , flow right [ btnN 4, btnN 5, btnN 6, btn Sub "-" ]
      , flow right [ btnN 1, btnN 2, btnN 3, btn Mul "*" ]
      , flow right [ btnN 0, btn Clear "Clear",  btn Enter "Enter",  btn Div "/" ]
      , if (n==0) then (asText xs) else (asText n)
    ]

calc : Keys -> (Int, List Int) -> (Int,  List Int)
calc it (num, xs) = case it of
  Number n -> (num*10+n, xs)
  Enter -> (0, num::xs)
  Clear -> (0,[])
  _ -> if (length xs < 2)
         then (0, xs)
         else let top = head xs
                  second = head (tail xs)
                  rest = tail (tail xs)
              in case it of
                 Add -> (0, (second+top) :: rest)
                 Sub -> (0, (second-top) :: rest)
                 Mul -> (0, (second*top) :: rest)
                 Div -> (0, (second // top) :: rest)

main=Signal.map calculator (Signal.foldp calc (0,[]) (Signal.subscribe keys))

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elmでやってみるシリーズ5: 逆ポーランド電卓

実行画面(操作可能)

気づいたこと

関連エントリ

追記: Elm 0.14対応