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;
}

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)

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

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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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。