在最近简要回顾了Haskell之后,对于monad本质上是什么,有什么简单、简洁、实用的解释?

我发现,我遇到的大多数解释都很难理解,而且缺乏实际细节。


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在Coursera“反应式编程原理”培训中,Erik Meier将其描述为:

"Monads are return types that guide you through the happy path." -Erik Meijer

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实际上,monad是函数组合运算符的一种自定义实现,它考虑了副作用以及不兼容的输入和返回值(用于链接)。

[免责声明:我仍在努力完全了解monads。以下是我目前所了解的情况。如果这是错误的,希望有有知识的人会在地毯上给我打电话。]

Arnar写道:

Monads只是一种包装东西的方法,它提供了对包装好的东西进行操作而不展开的方法。

正是这样。想法是这样的:

你需要一些价值,并用一些附加信息来包装它。就像值是某种类型的(例如整数或字符串)一样,附加信息也是某种类型的。例如,该额外信息可能是“可能”或“IO”。然后,您有一些运算符,允许您在携带附加信息的同时对打包的数据进行操作。这些运算符使用附加信息来决定如何更改包装值上的操作行为。例如,Maybe Int可以是Just Int或Nothing。现在,如果您将Maybe Int添加到Maybe Int,则运算符将检查它们是否都是内部的Just Int,如果是,则将展开Int,将其传递给加法运算符,将生成的Int重新包装为新的Just Int(这是有效的Maybe Int),从而返回Maybe Int。但如果其中一个是内部的Nothing,则该运算符将立即返回Nothing,这也是一个有效的Maybe Int。这样,你可以假装Maybe Ints只是正常的数字,并对它们进行常规运算。如果你得到了一个Nothing,你的方程仍然会产生正确的结果——而不必到处乱检查Nothing。

但这个例子正是Maybe所发生的事情。如果额外的信息是IO,那么将调用为IO定义的特殊运算符,并且在执行添加之前,它可以执行完全不同的操作。(好吧,将两个IO Int加在一起可能是荒谬的——我还不确定。)

基本上,“monad”大致意思是“模式”。但是,您现在有了一种语言构造(语法和所有),可以将新模式声明为程序中的东西,而不是一本充满了非正式解释和专门命名的模式的书。(这里的不精确之处在于所有模式都必须遵循特定的形式,因此monad不像模式那样通用。但我认为这是大多数人都知道和理解的最接近的术语。)

这就是为什么人们觉得单子如此令人困惑:因为它们是一个通用的概念。问是什么使某物成为monad与问是什么让某物成为模式类似。

但是想想在语言中对模式的概念提供语法支持的含义:你不必阅读“四人帮”一书,记住特定模式的构造,只需编写一次代码,以不可知的通用方式实现这个模式,然后就完成了!然后,您可以重用此模式,如Visitor或Strategy或Façade等,只需用它装饰代码中的操作,而无需反复重新实现它!

所以,这就是为什么理解monad的人会发现它们如此有用的原因:这并不是知识势利者以理解为荣的象牙塔概念(好吧,当然也是如此,teehee),而是实际上让代码更简单。

解释“什么是monad”有点像说“什么是数字?”我们总是使用数字。但想象一下,你遇到了一个对数字一无所知的人。你怎么解释数字是什么?你怎么开始描述为什么这可能有用?

什么是单子?简单的回答是:这是一种将操作链接在一起的特定方式。

本质上,您正在编写执行步骤,并将它们与“绑定函数”链接在一起。(在Haskell中,它名为>>=。)您可以自己编写对绑定运算符的调用,也可以使用语法糖,使编译器为您插入这些函数调用。但无论哪种方式,每个步骤都由对该绑定函数的调用分隔。

因此绑定函数就像分号;它将流程中的步骤分开。bind函数的任务是获取上一步的输出,并将其输入下一步。

听起来不太难,对吧?但单子不止一种。为什么?怎样

好吧,bind函数可以从一个步骤中获取结果,并将其传递给下一个步骤。但如果这就是单子的全部。。。这实际上不是很有用。理解这一点很重要:每个有用的monad除了做monad之外,还做其他事情。每一个有用的单子都有一种“特殊的力量”,这使它独一无二。

(没有什么特别作用的monad被称为“身份monad”。与身份函数类似,这听起来是一件毫无意义的事情,但事实证明并非如此……但这是另一回事™.)

基本上,每个monad都有自己的绑定函数实现。你可以编写一个绑定函数,这样它就可以在执行步骤之间做一些傻事。例如:

如果每个步骤都返回一个成功/失败指示符,则只有在前一个步骤成功的情况下,才能让绑定执行下一个步骤。这样,失败的步骤“自动”中止整个序列,而无需您进行任何条件测试。(故障单)扩展这个想法,您可以实现“异常”。(错误单点或异常单点。)因为您自己定义它们,而不是将其作为一种语言特性,所以您可以定义它们的工作方式。(例如,您可能希望忽略前两个异常,仅在引发第三个异常时中止。)您可以使每个步骤返回多个结果,并让bind函数对其进行循环,将每个结果输入到下一步。这样,在处理多个结果时,就不必一直到处写循环。绑定函数“自动”为您完成所有这些。(单子)除了将“结果”从一个步骤传递到另一个步骤之外,还可以让bind函数传递额外的数据。这些数据现在不会显示在源代码中,但您仍然可以从任何地方访问它,而无需手动将其传递给每个函数。(《读者》杂志)您可以这样做,以便可以替换“额外数据”。这允许您模拟破坏性更新,而无需实际执行破坏性更新。(莫纳德州及其堂弟作家莫纳德。)因为您只是在模拟破坏性更新,所以您可以轻松地完成真正的破坏性更新所无法完成的事情。例如,您可以撤消上一次更新,或恢复到旧版本。你可以制作一个可以暂停计算的monad,这样你就可以暂停你的程序,进入并修补内部状态数据,然后恢复它。您可以将“continuations”实现为monad。这可以让你打破人们的想法!

所有这些和更多的都可以通过monad实现。当然,这一切在没有单子的情况下也是完全可能的。使用monad非常简单。

monad是用于封装状态变化的对象的东西。在不允许您具有可修改状态的语言(例如,Haskell)中最常遇到这种情况。

例如文件I/O。

您将能够使用文件I/O的monad来将不断变化的状态本质与使用monad的代码隔离开来。Monad内部的代码可以有效地忽略Monad外部世界的变化状态,这使您更容易理解程序的整体效果。

monad实际上是“类型运算符”的一种形式。它将做三件事。首先,它会将一种类型的值“包装”(或以其他方式转换)为另一种类型(通常称为“一元类型”)。第二,它将使底层类型上的所有操作(或函数)在monadic类型上可用。最后,它将为将自身与另一个monad组合以生成复合monad提供支持。

“可能monad”本质上等同于Visual Basic/C#中的“可为null的类型”。它接受不可为null的类型“T”并将其转换为“可为null<T>”,然后定义所有二进制运算符在可为null><T>上的含义。

副作用也有类似的表现。创建了一个结构,该结构包含函数返回值旁边的副作用描述。当值在函数之间传递时,“提升”操作会复制副作用。

它们被称为“monad”,而不是更容易理解的“类型运算符”的名称,原因如下:

Monad对他们的行为有限制(详见定义)。这些限制,加上涉及三个运算,符合范畴理论中一个叫做monad的结构,这是一个模糊的数学分支。它们是由“纯”函数语言的支持者设计的纯函数语言的支持者,如模糊的数学分支由于数学晦涩难懂,而且monad与特定的编程风格相关,人们倾向于使用monad这个词作为一种秘密握手。正因为如此,没有人费心去投资一个更好的名字。