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。

---

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！

---

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。

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。

---

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。

---

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。

---

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

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。

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。

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)