If/Then/Maybe 〜条件分岐を Maybe で書き換える〜

未来から来たジョン・タイターは次のように述べたらしい。

プログラミングの主流が、「If/Then」方式から「If/Then/Maybe」方式へと変わっている

よろしい、ならば条件分岐を Haskell のMaybeで書き換えてやる！（ネタです）

If/Then/Else

次の条件分岐は

.hs

if flg then v1 else v2

下記のように書き換えられる。

.hs

guard flg $> v1 & fromMaybe v2

なお、全部 import が必要😇

.hs

import Control.Monad (guard)
import Data.Functor (($>))
import Data.Function ((&))
import Data.Maybe (fromMaybe)

仕組み

guard

guard の定義は次の通りだが、

.hs

guard :: (Alternative f) => Bool -> f ()
guard True  =  pure ()
guard False =  empty

Maybeの場合、必要な定義だけ参照すると

.hs

instance Applicative Maybe where
    pure = Just
    
instance Alternative Maybe where
    empty = Nothing

である。結局、Maybeに特殊化したguardは次のように動作する。

.hs

guard :: Bool -> Maybe ()
guard True  = Just ()
guard False = Nothing

$>

$>の必要な定義を抜き出すと次のようになる。

• $>
• flip
• Functor
• .
• const

.hs

($>) :: Functor f => f a -> b -> f b
($>) = flip (<$)

flip :: (a -> b -> c) -> b -> a -> c
flip f x y = f y x

class Functor f where
    (<$) :: a -> f b -> f a
    (<$) = fmap . const

    fmap :: (a -> b) -> f a -> f b

(.) :: (b -> c) -> (a -> b) -> a -> c
(.) f g = \x -> f (g x)

const :: a -> b -> a
const x _ = x

以上より、次のように展開できる。つまり、$>は既存の中身aを捨てて、新規の中身bに入れ替えるための演算子を意味する。

.hs

  fa $> b
= flip (<$) fa b      -- $> の定義
= b <$ fa             -- flip の定義
= (fmap . const) b fa -- <$ の定義
= (\x -> fmap (const x)) b fa -- . の定義
= fmap (const b) fa   -- 関数適用
= fmap (\_ -> b) fa   -- constの定義と部分適用

Maybeの場合、

.hs

instance Functor Maybe where
    fmap _ Nothing  = Nothing
    fmap f (Just a) = Just (f a)

だから、Maybeに特殊化した$>は次のように動作する。

.hs

($>) :: Maybe a -> b -> Maybe b
Just _  $> x = Just x
Nothing $> _ = Nothing

&

&の定義は次の通り。

.hs

(&) :: a -> (a -> b) -> b
x & f = f x

fromMaybe

fromMaybeの定義は次の通り。

.hs

fromMaybe :: a -> Maybe a -> a
fromMaybe d x = case x of {Nothing -> d; Just v -> v}

次のように見やすくしても同じ動作になる。

.hs

fromMaybe :: a -> Maybe a -> a
fromMaybe _ (Just v) = v
fromMaybe d Nothing  = d

flg == True の場合

.hs

  guard flg $> v1 & fromMaybe v2
= guard True $> v1 & fromMaybe v2 --仮定より
= Just () $> v1 & fromMaybe v2 --guardの動作
= Just v1 & fromMaybe v2 -- $> の動作
= fromMaybe v2 (Just v1) -- & の定義
= v1                     -- fromMaybe の動作

flg == False の場合

.hs

  guard flg $> v1 & fromMaybe v2
= guard False $> v1 & fromMaybe v2 --仮定より
= Nothing $> v1 & fromMaybe v2 --guardの動作
= Nothing & fromMaybe v2 -- $> の動作
= fromMaybe v2 Nothing   -- & の定義
= v2                     -- fromMaybe の動作

結論

以上より、次式が成り立つ。

.hs

  guard flg $> v1 & fromMaybe v2
= if flg then v1 else v2

If/Then

余談だが、他の言語だとif(flg) return v;のようにelseの省略された早期リターン（ガード節）を書くことがある。ただ、Haskell ではelseを省略できない。代わりに何も返さないことをNothingで表現してみると、次のようになる。

.hs

if flg then Just v else Nothing

上記の条件分岐は If/Then/Else での考察を踏まえると、下記のように書き換えられる。

.hs

guard flg $> v