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?
它解决了什么问题,最常用的地方是什么?
使现代化
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?
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?
它解决了什么问题,最常用的地方是什么?
使现代化
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?
当前回答
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。
其他回答
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。
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。
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;
}
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。
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)