来自维基百科：

在函数式编程中，monad是一种抽象数据类型，用于表示计算（而不是域模型中的数据）。Monads公司允许程序员链接动作一起构建管道，其中每个动作都用提供了其他处理规则莫纳德。编写的程序功能性风格可以利用monads来构造程序包括顺序操作，1[2]或定义任意控制流（如处理并发，延续或例外）。形式上，monad由定义两个操作（bind和return）和类型构造函数M必须满足几个财产才能允许正确组成一元函数（即使用monad中的值作为参数）。返回操作需要一个普通类型的值，并将其放入装入M型一元容器中。绑定操作执行反向处理，提取集装箱的原始价值，以及将其传递给关联的下一个函数。程序员将编写monadic定义数据处理的函数管道monad充当框架，因为它是一种可重用的行为这决定了调用管道，并管理所有需要的卧底工作计算[3] 绑定和返回管道中交错的运算符将在每个monadic之后执行函数返回控制，并将注意特定方面由monad处理。

我相信这很好地解释了这一点。

更新：这个问题是一个非常长的博客系列的主题，你可以在Monads上阅读-谢谢你提出的问题！

就OOP程序员所能理解的（没有任何功能编程背景）而言，什么是monad？

monad是一种类型的“放大器”，它遵守某些规则，并提供某些操作。

首先，什么是“类型放大器”？我指的是某种系统，它可以让你选择一种类型，并将其转换为更特殊的类型。例如，在C#中，考虑Nullable＜T＞。这是一种类型的放大器。它允许您接受一个类型，比如int，并为该类型添加一个新的功能，即现在它可以在以前不能为null时为null。

作为第二个例子，考虑IEnumerable＜T＞。这是一种类型的放大器。它允许您获取一个类型，例如字符串，并为该类型添加一个新功能，即您现在可以从任意数量的单个字符串中创建一个字符串序列。

什么是“特定规则”？简言之，对于基础类型上的函数来说，有一种合理的方法来处理放大的类型，从而使它们遵循函数组合的正常规则。例如，如果你有一个关于整数的函数，比如

int M(int x) { return x + N(x * 2); }

则Nullable＜int＞上的相应函数可以使其中的所有运算符和调用“以与之前相同的方式”一起工作。

（这是难以置信的模糊和不精确；你要求的解释没有假设任何关于功能成分的知识。）

什么是“操作”？

有一个“单元”操作（有时被混淆地称为“返回”操作），它从普通类型中获取值并创建等效的一元值。本质上，这提供了一种获取未放大类型值并将其转换为放大类型值的方法。它可以作为OO语言中的构造函数实现。有一个“绑定”操作，它接受一个一元值和一个可以转换该值的函数，并返回一个新的一元值。Bind是定义monad语义的关键操作。它允许我们将未放大类型上的操作转换为放大类型的操作，这符合前面提到的函数组合规则。通常有一种方法可以使未放大的类型从放大的类型中恢复出来。严格来说，这个操作不需要有monad。（虽然如果你想有一个伴侣，这是必要的。我们不会在本文中进一步考虑这些。）

同样，以Nullable＜T＞为例。可以使用构造函数将int转换为Nullable＜int＞。C#编译器为您处理大多数可为空的“提升”，但如果没有，提升转换很简单：，

int M(int x) { whatever }

转化为

Nullable<int> M(Nullable<int> x) 
{ 
    if (x == null) 
        return null; 
    else 
        return new Nullable<int>(whatever);
}

通过Value属性可以将Nullable＜int＞转换回int。

关键是函数转换。请注意，在转换中如何捕获可为null的操作的实际语义（即对null的操作传播null）。我们可以概括这一点。

假设你有一个从int到int的函数，就像我们最初的M一样。你可以很容易地将它转换成一个接受int并返回Nullable＜int＞的函数，因为你可以通过可空构造函数来运行结果。现在假设你有一个更高阶的方法：

static Nullable<T> Bind<T>(Nullable<T> amplified, Func<T, Nullable<T>> func)
{
    if (amplified == null) 
        return null;
    else
        return func(amplified.Value);
}

看看你能用它做什么？任何接受一个int并返回一个int，或者接受一个整型并返回一一个Nullable＜int＞的方法现在都可以应用可空语义。

此外：假设您有两种方法

Nullable<int> X(int q) { ... }
Nullable<int> Y(int r) { ... }

并且您希望编写它们：

Nullable<int> Z(int s) { return X(Y(s)); }

也就是说，Z是X和Y的合成，但不能这样做，因为X取一个int，Y返回一个Nullable＜int＞。但是，由于您有“绑定”操作，因此您可以执行以下操作：

Nullable<int> Z(int s) { return Bind(Y(s), X); }

monad上的绑定操作使放大类型上的函数组合工作。我在上面写的“规则”是，monad保留了正常函数组合的规则；使用同一函数的合成产生原始函数，合成是关联的，等等。

在C#中，“Bind”被称为“SelectMany”。看看它是如何在序列monad上工作的。我们需要做两件事：将一个值转换为一个序列，并在序列上绑定操作。作为奖励，我们还可以“将序列转换回值”。这些操作包括：

static IEnumerable<T> MakeSequence<T>(T item)
{
    yield return item;
}
// Extract a value
static T First<T>(IEnumerable<T> sequence)
{
    // let's just take the first one
    foreach(T item in sequence) return item; 
    throw new Exception("No first item");
}
// "Bind" is called "SelectMany"
static IEnumerable<T> SelectMany<T>(IEnumerable<T> seq, Func<T, IEnumerable<T>> func)
{
    foreach(T item in seq)
        foreach(T result in func(item))
            yield return result;            
}

可为null的monad规则是“将产生可为null值的两个函数组合在一起，检查内部函数是否产生null值；如果产生null值，则产生null值。如果没有，则调用外部函数产生null值”。这就是nullable的理想语义。

序列monad规则是“将两个生成序列的函数组合在一起，将外部函数应用于内部函数生成的每个元素，然后将所有生成的序列连接在一起”。monad的基本语义在Bind/SelectMany方法中被捕获；这是告诉monad真正含义的方法。

我们可以做得更好。假设您有一个int序列，以及一个接受int并生成字符串序列的方法。我们可以推广绑定操作，以允许组合接受和返回不同放大类型的函数，只要其中一个的输入与另一个的输出匹配：

static IEnumerable<U> SelectMany<T,U>(IEnumerable<T> seq, Func<T, IEnumerable<U>> func)
{
    foreach(T item in seq)
        foreach(U result in func(item))
            yield return result;            
}

现在我们可以说“将这一组单独的整数放大成一系列整数。将这一特定的整数转换成一系列字符串，放大成一组字符串。现在将这两个操作放在一起：将这一系列整数放大成所有字符串序列的串联。”单子允许您合成放大。

它解决了什么问题，最常用的地方是什么？

这相当于问“单例模式解决了什么问题？”，但我会尝试一下。

Monad通常用于解决以下问题：

我需要为这种类型创建新的功能，并且仍然在这种类型上组合旧的功能以使用新的功能。我需要在类型上捕获一堆操作，并将这些操作表示为可组合对象，构建越来越大的组合，直到表示出正确的一系列操作，然后我需要开始获得结果我需要用讨厌副作用的语言清晰地表示副作用操作

C#在设计中使用monad。如前所述，可空模式与“可能是monad”非常相似。LINQ完全由monad构建；SelectMany方法是操作组合的语义工作。（Erik Meijer喜欢指出，每个LINQ函数实际上都可以由SelectMany实现；其他一切都只是为了方便。）

为了澄清我所寻求的理解，假设您正在将一个具有monad的FP应用程序转换为OOP应用程序。如何将monad的职责移植到OOP应用程序中？

大多数OOP语言没有足够丰富的类型系统来直接表示monad模式本身；您需要一个支持高于泛型类型的类型的类型系统。所以我不会这么做。相反，我将实现表示每个monad的泛型类型，并实现表示您需要的三个操作的方法：将值转换为放大值，（可能）将放大值转换为值，以及将未放大值上的函数转换为放大的值上的函数。

一个好的开始是我们如何在C#中实现LINQ。研究SelectMany方法；这是理解序列monad如何在C#中工作的关键。这是一个非常简单的方法，但非常强大！

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建议进一步阅读：

为了对C#中的单子进行更深入、理论上更合理的解释，我强烈推荐我（埃里克·里佩尔）的同事韦斯·戴尔（Wes Dyer）关于这个主题的文章。这篇文章是当他们最终为我“点击”时向我解释单子的原因。蒙得斯的奇迹这是一个很好的例子，说明了为什么您可能需要一个monad（在示例中使用Haskell）。你本可以发明修道院的！（也许你已经有了。）丹·皮波尼有点像，将上一篇文章“翻译”为JavaScript。詹姆斯·科格兰（James Coglan）所读过的monads最佳简介精选部分从Haskell翻译成JavaScript

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monad是一种封装值的数据类型，本质上可以对其应用两个操作：

返回x创建封装x的monad类型的值m>>=f（读作“绑定运算符”）将函数f应用于monad m中的值

这就是monad。还有一些技术问题，但基本上这两个操作定义了monad。真正的问题是，“monad做什么？”，这取决于monad-列表是monad，Maybes是monad；IO操作是monad。当我们说这些东西是monad时，这意味着它们具有返回和>>=的monad接口。

如果您曾经使用过Powershell，Eric描述的模式听起来应该很熟悉。Powershell cmdlet是monad；功能组成由管道表示。

杰弗里·斯诺弗对埃里克·梅杰的采访更为详细。

我想说，与monads最接近的OO类比是“命令模式”。

在命令模式中，将普通语句或表达式包装在命令对象中。命令对象公开执行包装语句的执行方法。所以，语句被转换为可以随意传递和执行的第一类对象。可以组合命令，以便通过链接和嵌套命令对象来创建程序对象。

命令由单独的对象调用程序执行。使用命令模式（而不仅仅是执行一系列普通语句）的好处是，不同的调用程序可以将不同的逻辑应用于如何执行命令。

命令模式可用于添加（或删除）宿主语言不支持的语言功能。例如，在没有异常的假设OO语言中，可以通过向命令公开“try”和“throw”方法来添加异常语义。当命令调用throw时，调用程序会回溯到命令列表（或树），直到最后一次“try”调用。相反，您可以通过捕获每个单独命令抛出的所有异常，并将它们转换为错误代码，然后传递给下一个命令，从而从语言中删除异常语义（如果您认为异常是坏的）。

甚至更花哨的执行语义（如事务、非确定性执行或延续）也可以用本机不支持的语言实现。如果你仔细想想，这是一个非常强大的模式。

实际上，命令模式并没有像这样作为通用语言特性使用。将每个语句转换为单独的类的开销将导致无法忍受的样板代码。但原则上，它可以用于解决与在fp中使用monad解决的问题相同的问题。

按照OOP程序员将理解（没有任何功能编程背景），什么是莫纳德？它解决了什么问题是最常用的地方吗？是最常用的地方吗？

就OO编程而言，monad是一个接口（或者更可能是一个mixin），由一个类型参数化，具有两个方法，return和bind，它们描述：

如何注入值以获得注入值的一元值类型如何使用从非一元值。

它解决的问题与您期望的任何接口的问题类型相同，“我有很多不同的类，它们做不同的事情，但似乎以一种具有潜在相似性的方式来做这些不同的事情。即使这些类本身不是比‘Object’类本身更接近的子类，我如何描述它们之间的相似性？”

更具体地说，Monad“接口”与IEnumerator或IIterator相似，因为它采用的类型本身也采用的类型。然而，Monad的主要“点”是能够连接基于内部类型的操作，甚至可以连接到具有新的“内部类型”的点，同时保持-甚至增强-主类的信息结构。

你最近有一篇演讲《Monadologie——关于类型焦虑的专业帮助》（Christopher League，2010年7月12日），这篇演讲对延续和monad的话题非常有趣。这个（幻灯片）演示的视频实际上可以在vimeo上获得。Monad部分开始于37分钟左右，在这段一小时的视频中，从58张幻灯片中的第42张幻灯片开始。

它被称为“函数式编程的主要设计模式”，但示例中使用的语言是Scala，它既是面向对象的又是函数式的。您可以在Debasish Ghosh（2008年3月27日）的博客文章“Monads-在Scala中抽象计算的另一种方法”中阅读更多关于Monad的内容。

如果类型构造函数M支持以下操作，那么它就是monad：

# the return function
def unit[A] (x: A): M[A]

# called "bind" in Haskell 
def flatMap[A,B] (m: M[A]) (f: A => M[B]): M[B]

# Other two can be written in term of the first two:

def map[A,B] (m: M[A]) (f: A => B): M[B] =
  flatMap(m){ x => unit(f(x)) }

def andThen[A,B] (ma: M[A]) (mb: M[B]): M[B] =
  flatMap(ma){ x => mb }

例如（在Scala中）：

选项是monad

    def unit[A] (x: A): Option[A] = Some(x)

    def flatMap[A,B](m:Option[A])(f:A =>Option[B]): Option[B] =
      m match {
       case None => None
       case Some(x) => f(x)
      }

列表为Monad

    def unit[A] (x: A): List[A] = List(x)

    def flatMap[A,B](m:List[A])(f:A =>List[B]): List[B] =
      m match {
        case Nil => Nil
        case x::xs => f(x) ::: flatMap(xs)(f)
      }

Monad在Scala中非常重要，因为它是为了利用Monad结构而构建的方便语法：

对于Scala的理解：

for {
  i <- 1 to 4
  j <- 1 to i
  k <- 1 to j
} yield i*j*k

由编译器翻译为：

(1 to 4).flatMap { i =>
  (1 to i).flatMap { j =>
    (1 to j).map { k =>
      i*j*k }}}

关键抽象是flatMap，它通过链接绑定计算。flatMap的每次调用都返回相同的数据结构类型（但值不同），作为链中下一个命令的输入。

在上面的代码段中，flatMap将闭包（SomeType）=>List[AanotherType]作为输入，并返回List[Aanother Type]。需要注意的一点是，所有flatMap都采用相同的闭包类型作为输入，并返回与输出相同的类型。

这就是“绑定”计算线程的原因——为了理解，序列中的每一项都必须遵守相同的类型约束。

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如果您执行两个操作（可能失败）并将结果传递给第三个，例如：

lookupVenue: String => Option[Venue]
getLoggedInUser: SessionID => Option[User]
reserveTable: (Venue, User) => Option[ConfNo]

但如果不利用Monad，你会得到复杂的OOP代码，比如：

val user = getLoggedInUser(session)
val confirm =
  if(!user.isDefined) None
  else lookupVenue(name) match {
    case None => None
    case Some(venue) =>
      val confno = reserveTable(venue, user.get)
      if(confno.isDefined)
        mailTo(confno.get, user.get)
      confno
  }

而使用Monad，您可以像所有操作一样使用实际类型（地点、用户），并隐藏选项验证内容，这都是因为for语法的平面图：

val confirm = for {
  venue <- lookupVenue(name)
  user <- getLoggedInUser(session)
  confno <- reserveTable(venue, user)
} yield {
  mailTo(confno, user)
  confno
}

只有当所有三个函数都具有Some[X]时，才会执行屈服部分；任何“无”将直接返回以确认。

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So:

Monad允许在函数编程中进行有序计算，这允许我们以一种很好的结构化形式（有点像DSL）对动作序列进行建模。最大的能力来自于将服务于不同目的的monad组合成应用程序中的可扩展抽象的能力。monad对动作的排序和线程化由语言编译器完成，该语言编译器通过闭包的魔力进行转换。

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顺便说一句，Monad不是FP中使用的唯一计算模型：

范畴理论提出了许多计算模型。其中计算的Arrow模型莫纳德计算模型计算的应用模型

monad在OO中是否具有“自然”解释取决于monad。在像Java这样的语言中，您可以将may monad转换为检查空指针的语言，这样失败的计算（即，在Haskell中生成Nothing）会将空指针作为结果发出。您可以将状态monad转换为通过创建可变变量和更改其状态的方法生成的语言。

monad是内函子范畴中的幺半群。

这句话所表达的信息非常深刻。你在一个monad中使用任何命令式语言。monad是一种“有序”的领域特定语言。它满足某些有趣的财产，这些属性使单子函数成为“命令式编程”的数学模型。Haskell使定义小型（或大型）命令式语言变得容易，这些语言可以以多种方式组合。

作为一名OO程序员，您使用语言的类层次结构来组织可以在上下文中调用的函数或过程的类型，即您所称的对象。monad也是对这个概念的抽象，因为不同的monad可以以任意方式组合，有效地将所有子monad的方法“导入”到范围中。

从体系结构上讲，然后使用类型签名来明确表示可以使用哪些上下文来计算值。

可以使用monad转换器来实现这一目的，并且有一个高质量的所有“标准”monad集合：

列表（通过将列表视为域进行非确定性计算）可能（计算可能失败，但报告不重要）错误（可能失败并需要异常处理的计算Reader（可以由普通Haskell函数组合表示的计算）编写器（使用顺序“渲染”/“记录”（到字符串、html等）进行计算）续（续）IO（取决于底层计算机系统的计算）状态（上下文包含可修改值的计算）

具有相应的monad变压器和类型类别。类型类允许通过统一monad的接口来组合monad，从而使具体monad可以实现monad“类”的标准接口。例如，模块Control.Monad.State包含一个类MonadState s m，（State s）是表单的一个实例

instance MonadState s (State s) where
    put = ...
    get = ...

长话短说，monad是一个函子，它将“上下文”附加到一个值上，它可以向monad中注入一个值，并且可以根据附加到它上的上下文来评估值，至少是以受限的方式。

So:

return :: a -> m a

是一个函数，它将a类型的值注入到m类型的monad“action”中。

(>>=) :: m a -> (a -> m b) -> m b

是一个执行monad操作、评估其结果并将函数应用于结果的函数。（>>=）的妙处在于结果在同一个monad中。换句话说，在m>>=f中，（>>=）从m中提取结果，并将其绑定到f，这样结果就在monad中。（或者，我们可以说（>>=）将f拉入m，并将其应用于结果。）因此，如果我们有f:：a->m b和g:：b->m c，我们可以“排序”动作：

m >>= f >>= g

或者，使用“do符号”

do x <- m
   y <- f x
   g y

（>>）的类型可能是发光的。它是

(>>) :: m a -> m b -> m b

它对应于C等过程语言中的（；）运算符。它允许使用以下表示法：

m = do x <- someQuery
       someAction x
       theNextAction
       andSoOn

在数学和哲学逻辑中，我们有框架和模型，这些框架和模型“自然”地用单子主义建模。解释是一种函数，它查看模型的域，并计算命题（或公式，在推广下）的真值（或推广）。在必要性的模态逻辑中，我们可能会说，如果命题在“每个可能的世界”中都是真的，那么它是必要的——如果它在每个可容许的域中都是真实的。这意味着命题语言中的模型可以具体化为一个模型，其域由不同模型的集合组成（一个对应于每个可能的世界）。每个monad都有一个名为“join”的方法，该方法将分层，这意味着结果为monad动作的每个monad动作都可以嵌入到monad中。

join :: m (m a) -> m a

更重要的是，这意味着monad在“层堆叠”操作下关闭。这就是monad转换器的工作原理：它们通过为以下类型提供“类联接”方法来组合monad：

newtype MaybeT m a = MaybeT { runMaybeT :: m (Maybe a) }

这样我们就可以将（MaybeT m）中的作用转换为m中的作用，有效地折叠层。在本例中，runMaybeT：：MaybeT m a->m（Maybe a）是我们的类联接方法。（MaybeT m）是一个monad，MaybeT：：m（Maybe a）->MaybeT ma实际上是m中一个新类型monad动作的构造函数。

函子的自由单元是通过堆叠f生成的单元，这意味着f的每个构造函数序列都是自由单元的元素（或者更确切地说，是与f的构造函数序列树形状相同的元素）。自由单体是一种用最少的锅炉板构建柔性单体的有用技术。在Haskell程序中，我可能会使用自由monad来为“高级系统编程”定义简单monad，以帮助维护类型安全（我只是在使用类型及其声明。使用组合子可以直接实现）：

data RandomF r a = GetRandom (r -> a) deriving Functor
type Random r a = Free (RandomF r) a


type RandomT m a = Random (m a) (m a) -- model randomness in a monad by computing random monad elements.
getRandom     :: Random r r
runRandomIO   :: Random r a -> IO a (use some kind of IO-based backend to run)
runRandomIO'  :: Random r a -> IO a (use some other kind of IO-based backend)
runRandomList :: Random r a -> [a]  (some kind of list-based backend (for pseudo-randoms))

Monastem是您可能称之为“解释器”或“命令”模式的基础架构，抽象为最清晰的形式，因为每个单元计算都必须“运行”，至少是微不足道的。（运行时系统为我们运行IO monad，是任何Haskell程序的入口点。IO通过按顺序运行IO操作来“驱动”其余的计算）。

join的类型也是我们得到monad是内函子范畴中的幺半群的陈述的地方。由于其类型，联接对于理论目的来说通常更为重要。但了解类型意味着了解单子。Join和monad变换器的类Join类型在函数组合的意义上是内函子的有效组合。把它放在类似Haskell的伪语言中，

Foo:：m（m a）<->（m.m）a

典型用法中的Monad在功能上等同于过程编程的异常处理机制。

在现代过程语言中，在一系列语句周围放置一个异常处理程序，其中任何语句都可能引发异常。如果任何语句引发异常，则语句序列的正常执行将停止并转移到异常处理程序。

然而，函数式编程语言在哲学上避免了异常处理特性，因为它们的“goto”性质类似。函数编程的观点是，函数不应该有“副作用”，比如中断程序流的异常。

实际上，由于I/O的原因，在现实世界中不能排除副作用。函数式编程中的monad用于处理这一问题，方法是获取一组链式函数调用（其中任何一个都可能产生意外结果），并将任何意外结果转换为封装数据，这些数据仍然可以安全地通过剩余的函数调用。

控制流被保留，但意外事件被安全地封装和处理。

从实践的角度来看（总结了之前许多回答和相关文章中所说的内容），在我看来，monad的一个基本“目的”（或有用性）是利用递归方法调用（即函数组合）中隐含的依赖关系（即，当f1调用f2调用f3时，f3需要在f1之前的f2之前求值），以自然的方式表示顺序组合，特别是在惰性评估模型的上下文中（即，作为一个普通序列的顺序合成，例如C中的“f3（）；f2（）；f1（）；”），如果你想到f3、f2和f1实际上什么都不返回的情况（它们作为f1（f2（f3））的链接是人为的，纯粹是为了创建序列），那么这个技巧就特别明显了。

当涉及到副作用时，这一点尤其重要，即当某些状态被改变时（如果f1、f2、f3没有副作用，那么它们的求值顺序无关紧要；这是纯函数语言的一个很好的特性，例如能够并行化这些计算）。函数越纯越好。

我认为，从这个狭隘的角度来看，monad可以被视为支持惰性求值的语言的语法糖（只有在绝对必要时才求值，遵循不依赖于代码表示的顺序），并且没有其他表示顺序合成的方法。最终的结果是，“不纯”（即确实有副作用）的代码段可以以命令式的方式自然呈现，但与纯函数（没有副作用）完全分离，纯函数可以延迟求值。

正如这里所警告的，这只是一个方面。

我将尝试使用OOP术语做出最简短的定义：

如果一个泛型类CMonadic＜T＞至少定义了以下方法，那么它就是一个monad：

class CMonadic<T> { 
    static CMonadic<T> create(T t);  // a.k.a., "return" in Haskell
    public CMonadic<U> flatMap<U>(Func<T, CMonadic<U>> f); // a.k.a. "bind" in Haskell
}

如果以下定律适用于所有类型T及其可能的值T

左标识：

CMonadic<T>.create(t).flatMap(f) == f(t)

权利认同

instance.flatMap(CMonadic<T>.create) == instance

关联性：

instance.flatMap(f).flatMap(g) == instance.flatMap(t => f(t).flatMap(g))

示例：

列表monad可能具有：

List<int>.create(1) --> [1]

列表[1,2,3]上的flatMap可以这样工作：

intList.flatMap(x => List<int>.makeFromTwoItems(x, x*10)) --> [1,10,2,20,3,30]

Iterables和Observables也可以是monadic，以及Promise和Task。

评论：

修道院没有那么复杂。flatMap函数与常见的map非常相似。它接收一个函数参数（也称为委托），可以使用来自泛型类的值调用（立即或稍后，零次或多次）。它希望传递的函数也将其返回值包装在同一类泛型类中。为了帮助实现这一点，它提供了create，一个构造函数，可以从值创建该泛型类的实例。flatMap的返回结果也是相同类型的泛型类，通常将flatMap一个或多个应用程序的返回结果中包含的相同值打包到先前包含的值。这允许您尽可能多地链接flatMap：

intList.flatMap(x => List<int>.makeFromTwo(x, x*10))
       .flatMap(x => x % 3 == 0 
                   ? List<string>.create("x = " + x.toString()) 
                   : List<string>.empty())

恰好这种泛型类作为大量事物的基础模型非常有用。这（加上范畴理论的对立）是莫纳斯看起来如此难以理解或解释的原因。它们是一个非常抽象的东西，只有在它们被专门化之后才会变得明显有用。

例如，可以使用一元容器对异常进行建模。每个容器将包含操作结果或发生的错误。flatMap回调链中的下一个函数（委托）只有在前一个函数将值打包到容器中时才会被调用。否则，如果打包了错误，错误将继续在链接的容器中传播，直到找到通过名为.orElse（）的方法附加了错误处理程序函数的容器（这样的方法将是允许的扩展）

注意：函数式语言允许您编写可以对任何类型的一元泛型类进行操作的函数。要实现这一点，必须为monad编写一个通用接口。我不知道是否有可能用C#编写这样的接口，但据我所知，这不是：

interface IMonad<T> { 
    static IMonad<T> create(T t); // not allowed
    public IMonad<U> flatMap<U>(Func<T, IMonad<U>> f); // not specific enough,
    // because the function must return the same kind of monad, not just any monad
}

monad是一个函数数组

（Pst：函数数组只是一个计算）。

实际上，这些函数不是真正的数组（一个单元格数组中的一个函数），而是由另一个函数>>=链接。>>=允许调整函数i的结果以馈送函数i+1，并在它们之间执行计算或者甚至不调用函数i+1。

这里使用的类型是“带上下文的类型”。这是一个带有“标记”的值。被链接的函数必须采用“裸值”并返回标记结果。>>=的职责之一是从上下文中提取裸值。还有一个函数“return”，它接受一个裸值并将其与一个标记一起放置。

Maybe的一个例子。让我们使用它来存储一个简单的整数，以便进行计算。

-- a * b
multiply :: Int -> Int -> Maybe Int
multiply a b = return  (a*b)

-- divideBy 5 100 = 100 / 5
divideBy :: Int -> Int -> Maybe Int
divideBy 0 _ = Nothing -- dividing by 0 gives NOTHING
divideBy denom num = return (quot num denom) -- quotient of num / denom

-- tagged value
val1 = Just 160 

-- array of functions feeded with val1
array1 = val1 >>= divideBy 2  >>= multiply 3 >>= divideBy  4 >>= multiply 3

-- array of funcionts created with the do notation
-- equals array1 but for the feeded val1
array2 :: Int -> Maybe Int
array2 n = do
       v <- divideBy 2  n
       v <- multiply 3 v
       v <- divideBy 4 v
       v <- multiply 3 v
       return v

-- array of functions, 
-- the first >>= performs 160 / 0, returning Nothing
-- the second >>= has to perform Nothing >>= multiply 3 ....
-- and simply returns Nothing without calling multiply 3 ....
array3 = val1 >>= divideBy 0  >>= multiply 3 >>= divideBy  4 >>= multiply 3

main = do
     print array1
     print (array2 160)
     print array3

为了说明monad是带有助手操作的函数数组，请考虑与上述示例等效，仅使用一个实函数数组

type MyMonad = [Int -> Maybe Int] -- my monad as a real array of functions

myArray1 = [divideBy 2, multiply 3, divideBy 4, multiply 3]

-- function for the machinery of executing each function i with the result provided by function i-1
runMyMonad :: Maybe Int -> MyMonad -> Maybe Int
runMyMonad val [] = val
runMyMonad Nothing _ = Nothing
runMyMonad (Just val) (f:fs) = runMyMonad (f val) fs

它的用法如下：

print (runMyMonad (Just 160) myArray1)

为什么我们需要单子？

我们只想使用函数编程。（毕竟是“功能编程”-FP）。然后，我们遇到了第一个大问题。这是一个程序：f（x）=2*xg（x，y）=x/y我们怎么能说首先要执行什么？我们如何使用不超过个函数来形成一个有序的函数序列（即程序）？解决方案：组合函数。如果你先要g，然后要f，只需写f（g（x，y））。好的，但是。。。更多问题：某些函数可能会失败（即g（2,0），除以0）。我们在FP中没有“例外”。我们如何解决它？解决方案：让我们允许函数返回两种东西：而不是g:Real，Real->Real（函数从两个实数转换为实数），让我们允许g:Real、Real->Real|Nothing（函数从一个实数转换成（实数或零））。但函数应该（更简单地）只返回一件事。解决方案：让我们创建一种要返回的新类型的数据，一种“装箱类型”，它可能包含一个真实的数据，也可能只是一个空数据。因此，我们可以有g：真实，真实->可能真实。好的，但是。。。f（g（x，y））现在发生了什么？f还没有准备好使用“也许真的”。而且，我们不想改变我们可以与g连接的每一个函数，以使用Maybe Real。解决方案：让我们有一个特殊的函数来“连接”/“组合”/“链接”函数。这样，我们就可以在幕后调整一个函数的输出，以支持下一个函数。在我们的例子中：g>>=f（连接/合成g到f）。我们希望>>=获取g的输出，检查它，如果它是Nothing，则不要调用f并返回Nothing；或者相反，提取装箱的实数并用它来馈送f。（此算法只是Maye类型的>>=的实现）。出现了许多其他问题，可以使用相同的模式来解决：1。使用“框”来编码/存储不同的含义/值，并具有像g这样的函数来返回这些“框值”。2.让作曲家/链接器g>>=f帮助将g的输出连接到f的输入，这样我们就不必改变f。使用该技术可以解决的显著问题有：具有函数序列中的每个函数（“程序”）可以共享的全局状态：解StateMonad。我们不喜欢“不纯函数”：对相同输入产生不同输出的函数。因此，让我们标记这些函数，使它们返回一个标记/装箱的值：IOmonad。

完全幸福！！！！

看到我对“什么是monad？”的回答了吗

它从一个激励性的例子开始，通过这个例子，导出一个monad的例子，并正式定义“monad”。

它假设不了解函数式编程，并且使用带有函数（参数）：=表达式语法的伪代码和最简单的表达式。

这个C++程序是伪代码monad的一个实现。（仅供参考：M是类型构造函数，feed是“绑定”操作，wrap是“返回”操作。）

#include <iostream>
#include <string>

template <class A> class M
{
public:
    A val;
    std::string messages;
};

template <class A, class B>
M<B> feed(M<B> (*f)(A), M<A> x)
{
    M<B> m = f(x.val);
    m.messages = x.messages + m.messages;
    return m;
}

template <class A>
M<A> wrap(A x)
{
    M<A> m;
    m.val = x;
    m.messages = "";
    return m;
}

class T {};
class U {};
class V {};

M<U> g(V x)
{
    M<U> m;
    m.messages = "called g.\n";
    return m;
}

M<T> f(U x)
{
    M<T> m;
    m.messages = "called f.\n";
    return m;
}

int main()
{
    V x;
    M<T> m = feed(f, feed(g, wrap(x)));
    std::cout << m.messages;
}

为了尊重快速阅读者，我首先从精确的定义开始，继续快速的“简单的英语”解释，然后转到示例。

这里有一个简洁而精确的定义，稍微改写了一下：

monad（在计算机科学中）是一个正式的地图，它：将某些给定编程语言的每个类型X发送到一个新的类型T（X）（称为“值为X的T计算类型”）；配备有一个规则，用于组合表单的两个功能f： X->T（Y）和g:Y->T（Z）到函数g∘f:X->T；以一种在明显意义上是关联的并且与称为pure_X:X->T（X）的给定单位函数是单位的方式，可以被认为是将一个值带到纯计算，而纯计算只是返回该值。

因此，简单地说，monad是从任何类型X传递到另一类型T（X）的规则，也是从两个函数f:X->T（Y）和g:Y->T（Z）（您想合成但不能合成）传递到新函数h:X->T（Z）的规则。然而，这并不是严格数学意义上的作文。我们基本上是在“弯曲”函数的组成或重新定义函数的组成方式。

此外，我们需要monad的合成规则来满足“显而易见”的数学公理：

联想性：先用g合成f，然后用h（从外部）合成，应该与先用h合成g，然后用f（从内部）合成相同。酉性质：用任意一侧的单位函数合成f应得到f。

同样，简单地说，我们不能随心所欲地重新定义函数组合：

我们首先需要关联性，以便能够在一行中组合多个函数，例如f（g（h（k（x））），而不用担心指定组合函数对的顺序。由于monad规则只规定了如何组成一对函数，如果没有这个公理，我们需要知道哪个函数对是首先组成的，依此类推。第二，我们需要单位性质，也就是简单地说，恒等式以我们期望的方式构成。因此，只要可以提取这些标识，我们就可以安全地重构函数。

简单地说：monad是类型扩展和组合函数的规则，满足两个公理——结合性和单位性质。

实际上，您希望monad由负责编写函数的语言、编译器或框架为您实现。因此，您可以专注于编写函数的逻辑，而不用担心它们的执行是如何实现的。

简而言之，这就是它的本质。

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作为一名职业数学家，我倾向于避免将h称为f和g的“组合”，因为在数学上，它不是。将其称为“组成”错误地假定h是真正的数学组成，但它不是。它甚至不是由f和g唯一决定的，而是我们的monad新的“组成函数的规则”的结果。这可能与实际的数学组成完全不同，即使后者存在！

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为了使它不那么干燥，让我试着用例子来说明我正在用小部分进行注释，因此您可以直接跳到要点。

作为Monad示例引发异常

假设我们要组成两个函数：

f: x -> 1 / x
g: y -> 2 * y

但未定义f（0），因此引发异常e。那么如何定义组成值g（f（0））？当然，再次抛出异常！可能是相同的e.可能是新更新的异常e1。

这里到底发生了什么？首先，我们需要新的异常值（不同或相同）。你可以称它们为nothing或null或其他任何东西，但本质保持不变——它们应该是新的值，例如，在我们这里的示例中，它不应该是数字。我宁愿不将它们称为null，以避免混淆null如何在任何特定语言中实现。同样，我更倾向于避免任何事情，因为它经常与null联系在一起，原则上，这是null应该做的，然而，无论出于什么实际原因，这个原则经常会被扭曲。

例外到底是什么？

这对任何有经验的程序员来说都是一件小事，但我想说几句话来消除任何困惑：

异常是一个封装有关执行的无效结果如何发生的信息的对象。

这可以包括丢弃任何细节并返回单个全局值（如NaN或null），或者生成一个长日志列表或发生了什么，将其发送到数据库并在分布式数据存储层上进行复制；）

这两种极端例外情况之间的重要区别在于，在第一种情况下，没有副作用。第二个是。这就引出了（千美元）问题：

纯函数中是否允许异常？

简短的回答：是的，但前提是它们不会导致副作用。

更长的答案。为了保持纯粹，函数的输出必须由其输入唯一确定。因此，我们通过将0发送到我们称为异常的新抽象值e来修改函数f。我们确保值e不包含外部信息，这些信息不是由我们的输入（即x）唯一确定的。因此，这里是一个没有副作用的异常示例：

e = {
  type: error, 
  message: 'I got error trying to divide 1 by 0'
}

这里有一个副作用：

e = {
  type: error, 
  message: 'Our committee to decide what is 1/0 is currently away'
}

事实上，只有当这种信息在未来可能改变时，它才会产生副作用。但如果它被保证永远不会改变，那么这个值就会变得唯一可预测，因此不会有副作用。

让它更傻。返回42的函数显然是纯的。但如果有人疯狂地决定将42作为一个变量，这个值可能会改变，那么在新的条件下，同样的函数就不再是纯函数。

注意，为了简单起见，我使用了对象文字符号来演示其本质。不幸的是，在JavaScript这样的语言中，错误并不是一种我们想要的函数组合方式，而像null或NaN这样的实际类型并不是这种方式，而是经过一些人工的、不总是直观的类型转换。

类型扩展名

当我们想要改变异常内部的消息时，我们实际上是在为整个异常对象声明一个新的类型E，然后这就是may数的作用，除了它令人困惑的名称，它要么是类型number，要么是新的异常类型E，所以它实际上是number和E的并数|E。特别是，它取决于我们想要如何构造E，这既不是建议的，也不是反映在名称may数中。

什么是功能成分？

这是取函数的数学运算f： X->Y和g:Y->Z和构造它们的组成作为满足h（X）=g（f（X））的函数h:X->Z。当结果f（x）不允许作为g的参数时，就会出现这个定义的问题。

在数学中，没有额外的工作，这些函数是无法合成的。对于我们上面的f和g的例子，严格的数学解决方案是从f的定义集合中删除0。有了新的定义集合（新的更严格的x类型），f变得可以与g组合。

然而，在编程中这样限制f的定义集是不太实际的。相反，可以使用异常。

或者作为另一种方法，人工值被创建为NaN、undefined、null、Infinity等。因此，您可以计算1/0到Infinity和1/-0到Infinity。然后将新值强制返回到表达式中，而不是引发异常。导致您可能会或可能无法预测的结果：

1/0                // => Infinity
parseInt(Infinity) // => NaN
NaN < 0            // => false
false + 1          // => 1

我们又回到了常规数字，准备继续前进；）

JavaScript允许我们以任何代价继续执行数值表达式，而不会像上面的示例那样抛出错误。这意味着，它还允许组合函数。这正是monad的意义所在——这是一条规则，可以组成满足本答案开头定义的公理的函数。

但是，由JavaScript处理数字错误的实现所产生的组成函数的规则是一个monad吗？

要回答这个问题，你只需要检查公理（这里作为练习而不是问题的一部分；）。

抛出异常可以用于构造monad吗？

事实上，一个更有用的monad应该是规定如果f对某个x抛出异常，那么它与任何g的组合也是如此。Plus使异常E全局唯一，只有一个可能的值（范畴理论中的终端对象）。现在这两个公理可以立即检查，我们得到了一个非常有用的monad。其结果就是众所周知的可能是莫纳德。

在OO术语中，monad是一个流畅的容器。

最低要求是类＜a＞的定义，它支持构造函数Something（a a）和至少一个方法Something<B＞flatMap（函数＜a，Something<B＞＞）

可以说，monad类是否有签名Something＜B＞work（）的方法来保存类的规则——编译器在编译时在flatMap中烘焙。

为什么单子有用？因为它是一个允许保留语义的可链式操作的容器。例如，可选<？>为Optional<String>、Optional<Integer>、Optional<MyClass>等保留isPresent的语义。

作为一个粗略的例子，

Something<Integer> i = new Something("a")
  .flatMap(doOneThing)
  .flatMap(doAnother)
  .flatMap(toInt)

注意，我们以字符串开头，以整数结尾。很酷。

在OO中，这可能需要一点努力，但Something上的任何方法如果返回Something的另一个子类，都符合返回原始类型容器的容器函数的标准。

这就是保持语义的方式——即容器的含义和操作不会改变，它们只是包装和增强容器内的对象。

这里有一个简单的Monads解释和Marvel的案例研究。

单子是用于对有效的依赖函数进行排序的抽象。这里的有效意味着它们以F[a]的形式返回一个类型，例如Option[a]，其中Option是F，称为类型构造函数。让我们通过两个简单步骤来了解这一点

下面的函数组合是可传递的。所以从A到C，我可以组成A=>B和B=>C。

 A => C   =   A => B  andThen  B => C

然而，如果函数返回一个像Option[A]这样的效果类型，即A=>F[B]，则合成不起作用，因为我们需要A=>B，但我们有A=>F[B]。我们需要一个特殊的运算符“bind”，它知道如何融合这些返回F[a]的函数。

 A => F[C]   =   A => F[B]  bind  B => F[C]

“bind”函数是为特定的F定义的。

对于任何A，也有“return”，类型A=>F[A]，也为特定的F定义。要成为Monad，F必须定义这两个函数。

因此，我们可以从任何纯函数A=>B构造有效函数A=>F[B]，

 A => F[B]   =   A => B  andThen  return

但给定的F也可以定义自己不透明的“内置”特殊函数，这些函数的类型是用户无法自行定义的（纯语言），例如

“随机”（范围=>随机[Int]）“print”（字符串=>IO[（）]）“尝试…捕捉”等。

我分享了我对蒙纳斯的理解，这在理论上可能并不完美。Monad是关于上下文传播的。Monad就是，您为某些数据（或数据类型）定义一些上下文，然后定义该上下文将如何在整个处理管道中与数据一起传递。定义上下文传播主要是定义如何合并多个上下文（相同类型）。使用Monads还意味着确保这些上下文不会意外地从数据中剥离。另一方面，可以将其他无上下文数据带入新的或现有的上下文中。然后，可以使用这个简单的概念来确保程序的编译时正确性。

我能想到的最简单的解释是，单声道是一种用符号化结果组成函数的方式（也称为克莱斯利合成）。“embelished”函数具有签名a->（b，smth），其中a和b是可能彼此不同但不一定不同的类型（想想Int，Bool），smth是“上下文”或“embelisement”。

这种类型的函数也可以写成a->m b，其中m相当于“embelisation”smth。因此，这些是在上下文中返回值的函数（想想记录其操作的函数，其中smth是日志消息；或者执行输入/输出的函数，其结果取决于IO操作的结果）。

monad是一个接口（“typeclass”），它让实现者告诉它如何组合这样的函数。实现者需要为任何想要实现接口的m类型定义一个组合函数（a->mb）->（b->mc）->（a->mc）（这是Kleisli组合）。

所以，如果我们说我们有一个元组类型（Int，String），它表示Int上的计算结果，（_，String）是“embelisation”-动作的日志-和两个函数increment：：Int->（Int，String）和twoTimes:：Int->（Int、String），我们希望获得一个函数incamentThenDouble:：Int-＞（Int），这是两个函数的组合，也考虑了日志。

在给定的示例中，两个函数的monad实现应用于整数值2增量ThenDouble 2（等于2倍（增量2））将返回（6，“加法1”。中间结果的增量2等于（3，“加1”），2乘以3等于（6，“加3”）

从这个Kleisli合成函数可以导出通常的一元函数。

快速解释：

单体（在函数式编程中）是具有上下文相关行为的函数。

上下文作为参数传递，从先前的monad调用返回。它使它看起来像是同一个参数在后续调用中产生了不同的返回值。

等效值：Monad是其实际参数取决于调用链的过去调用的函数。

典型示例：有状态函数。

FAQ

等等，你说的“行为”是什么意思？

行为是指特定输入的返回值和副作用。

但它们有什么特别之处？

在过程语义中：没有。但它们仅使用纯函数进行建模。这是因为像Haskell这样的纯函数编程语言只使用本身没有状态的纯函数。

但是，国家从何而来？

状态性来自函数调用执行的顺序性。它允许嵌套函数通过多个函数调用拖动某些参数。这将模拟状态。monad只是一种软件模式，它将这些附加参数隐藏在光鲜亮丽的函数的返回值后面，通常称为return和bind。

为什么在Haskell中输入/输出是monad？

因为显示的文本是操作系统中的一种状态。如果多次读取或写入同一文本，则每次调用后操作系统的状态将不相同。相反，输出设备将显示文本输出的3倍。为了对操作系统做出正确的反应，Haskell需要将操作系统状态建模为monad。

从技术上讲，你不需要monad的定义。纯粹的函数式语言可以将“唯一性类型”的概念用于相同的目的。

单子在非功能语言中存在吗？

是的，基本上，解释器是一个复杂的monad，解释每个指令并将其映射到操作系统中的一个新状态。

详细说明：

monad（在函数式编程中）是一种纯函数式软件模式。monad是一个自动维护的环境（一个对象），可以在其中执行一系列纯函数调用。函数结果修改或与该环境交互。

换句话说，monad是一个“函数中继器”或“函数链接器”，它在自动维护的环境中链接和评估参数值。链接的参数值通常是“更新函数”，但实际上可以是任何对象（具有组成容器的方法或容器元素）。monad是在每个求值参数前后执行的“粘合代码”。这个粘合代码函数“bind”应该将每个参数的环境输出集成到原始环境中。

因此，monad以特定于特定monad的实现方式连接所有参数的结果。控制和数据是否或如何在参数之间流动也是特定于实现的。

这种交织执行允许模拟完整的命令式控制流（如GOTO程序中的）或并行执行，仅使用纯函数，还可以在函数调用之间进行副作用、临时状态或异常处理，即使应用的函数不知道外部环境。

编辑：请注意，monads可以以任何类型的控制流图来评估功能链，甚至是非确定性NFA式的方式，因为剩余的链是延迟评估的，可以在链的每个点进行多次评估，这允许在链中进行回溯。

使用monad概念的原因是纯函数范式，它需要一个工具来以纯方式模拟典型的无可指责的建模行为，而不是因为它们做了一些特殊的事情。

面向OOP人群的修道院

在OOP中，monad是一个典型的对象

通常称为return的构造函数，它将值转换为环境的初始实例一种可链接的参数应用程序方法，通常称为bind，它使用作为参数传递的函数的返回环境来维护对象的状态。

有些人还提到了第三个函数join，它是bind的一部分。因为“参数函数”在环境中求值，所以它们的结果嵌套在环境本身中。join是“取消嵌套”结果（使环境变平）的最后一步，用新环境替换环境。

monad可以实现Builder模式，但允许更广泛的使用。

示例（Python）

我认为monad最直观的例子是Python中的关系运算符：

result =  0 <= x == y < 3

您可以看到它是一个monad，因为它必须携带一些布尔状态，而这些状态是单个关系运算符调用所不知道的。

如果您考虑如何在低级别上实现它而不发生短路行为，那么您将得到一个monad实现：

# result = ret(0)
result = (0, true)
# result = result.bind(lambda v: (x, v <= x))
result[1] = result[1] and result[0] <= x
result[0] = x
# result = result.bind(lambda v: (y, v == y))
result[1] = result[1] and result[0] == y
result[0] = y
# result = result.bind(lambda v: (3, v < 3))
result[1] = result[1] and result[0] < 3
result[0] = 3
result = result[1]      # not explicit part of a monad

真正的monad最多只能计算一次每个参数。

现在考虑一下“result”变量，就会得到这个链：

ret(0) .bind (lambda v: v <= x) .bind (lambda v: v == y) .bind (lambda v: v < 3)

可选/可能是最基本的一元类型

单子是关于功能组成的。如果函数f：可选<A>->可选<B>，g：可选<B>->可选<C>，h：可选<C>->可选＜D>。然后你可以创作它们

optional<A> opt;
h(g(f(opt)));

monad类型的好处是，您可以改为组合f:A->可选<B>、g:B->可选<C>、h:C->可选<D>。他们可以这样做，因为monadic接口提供了绑定运算符

auto optional<A>::bind(A->optional<B>)->optional<B>

并且可以写作文

optional<A> opt
opt.bind(f)
   .bind(g)
   .bind(h)

monads的好处是我们不再需要处理if（！opt）return nullopt的逻辑；在f、g、h中的每一个中，因为该逻辑被移动到绑定运算符中。

ranges/lists/iterables是第二种最基本的monad类型。

范围的一元特征是我们可以变换然后变平，即从一个整数范围内编码的表示开始[36，98]

我们可以转换为[[m'，'a'，'c'，'h'，'i'，'n'，'e'，'']，['l'，''，'r'，'n'，'i'，'n'，'g'，'.']]

然后压平[am'，'a'，'c'，'h'，'i'，'n'，'e'，'l'，''e'

而不是编写此代码

vector<string> lookup_table;
auto stringify(vector<unsigned> rng) -> vector<char>
{
    vector<char> result;
    for(unsigned key : rng)
       for(char ch : lookup_table[key])
           result.push_back(ch);
       result.push_back(' ')
    result.push_back('.')
    return result
}

我们可以写这个

auto f(unsigned key) -> vector<char>
{
    vector<char> result;
    for(ch : lookup_table[key])
        result.push_back(ch);
    return result
}
auto stringify(vector<unsigned> rng) -> vector<char>
{
    return rng.bind(f);
}

monad将for循环（无符号键：rng）向上推到绑定函数中，从而允许理论上更容易推理的代码。毕达哥拉斯三元组可以在范围-v3中使用嵌套绑定生成（而不是我们看到的可选的链式绑定）

auto triples =
  for_each(ints(1), [](int z) {
    return for_each(ints(1, z), [=](int x) {
      return for_each(ints(x, z), [=](int y) {
        return yield_if(x*x + y*y == z*z, std::make_tuple(x, y, z));
      });
    });
  });