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。
当前回答
http://mikehadlow.blogspot.com/2011/02/monads-in-c-8-video-of-my-ddd9-monad.html
这是你要找的视频。
用C#演示组合和对齐类型的问题，然后用C#正确实现它们。最后，他展示了F#和Haskell中相同的C#代码的外观。
其他回答
我最喜欢的Monad教程：
http://www.haskell.org/haskellwiki/All_About_Monads
（在谷歌搜索“monad教程”的17万次点击中！）
@斯图：monads的目的是允许您将（通常）顺序语义添加到纯代码中；您甚至可以组合Monad（使用Monad Transformers）并获得更有趣和复杂的组合语义，例如，带有错误处理的解析、共享状态和日志记录。所有这些在纯代码中都是可能的，monad只允许您将其抽象并在模块化库中重用（在编程中总是很好的），并提供方便的语法使其看起来势在必行。
Haskell已经有了运算符重载[1]：它使用类型类的方式与使用Java或C#中的接口的方式非常相似，但Haskell恰好也允许使用非字母数字标记（如+&&和>）作为中缀标识符。如果您的意思是“重载分号”[2]，那么在您看来这只是运算符重载。“重载分号”听起来像是黑魔法，自找麻烦（想象一下有进取心的Perl黑客听到了这个想法），但关键是没有monad就没有分号，因为纯函数代码不需要或不允许显式排序。
这一切听起来比实际情况要复杂得多。sigfpe的文章很酷，但使用了Haskell来解释它，这有点无法打破理解Haskell到grok Monads和理解Monads到grok Haskell的鸡和蛋的问题。
[1] 这是与monad不同的问题，但monad使用Haskell的运算符重载特性。
[2] 这也是一个过度简化，因为链接一元操作的运算符是>>=（发音为“bind”），但有语法糖（“do”）允许您使用大括号和分号和/或缩进和换行。
事实上，与一般人对蒙得斯的理解相反，他们与国家无关。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。
例如，您可以在Haskell中创建一个类型来包装另一个类型：
data Wrapped a = Wrap a
包装我们定义的东西
return :: a -> Wrapped a
return x = Wrap x
要在不展开的情况下执行操作，假设您有一个函数f：：a->b，然后您可以执行此操作来提升该函数以作用于包装的值：
fmap :: (a -> b) -> (Wrapped a -> Wrapped b)
fmap f (Wrap x) = Wrap (f x)
这就是所有需要理解的。然而，事实证明，有一个更通用的函数来执行此提升，即bind：
bind :: (a -> Wrapped b) -> (Wrapped a -> Wrapped b)
bind f (Wrap x) = f x
bind可以比fmap做得更多，但反之亦然。实际上，fmap只能用绑定和返回来定义。因此，在定义monad时。。您给出它的类型（这里是Wrapped a），然后说明它的返回和绑定操作是如何工作的。
很酷的是，这是一个普遍的模式，它会在所有地方弹出，以纯方式封装状态只是其中之一。
有关如何使用monad来引入函数依赖关系，从而控制求值顺序（如Haskell的IO monad中所用）的好文章，请查看IOInside。
至于理解单子，不要太担心。读一些你觉得有趣的东西，如果你不马上理解，也不要担心。那就用Haskell这样的语言潜水吧。修道院就是这样一种东西，在那里，通过练习，理解慢慢地进入你的大脑，有一天你突然意识到你理解了它们。
公主对F#计算表达式的解释帮助了我，尽管我仍然不能说我真的理解了。
编辑：这个系列-用javascript解释monad-对我来说是一个“打破平衡”的系列。
http://blog.jcoglan.com/2011/03/05/translation-from-haskell-to-javascript-of-selected-portions-of-the-best-introduction-to-monads-ive-ever-read/http://blog.jcoglan.com/2011/03/06/monad-syntax-for-javascript/http://blog.jcoglan.com/2011/03/11/promises-are-the-monad-of-asynchronous-programming/
我认为理解单子是一件让你毛骨悚然的事。从这个意义上说，尽可能多地阅读“教程”是一个好主意，但通常奇怪的东西（不熟悉的语言或语法）会让你的大脑无法专注于基本内容。
有些事情我很难理解：
基于规则的解释对我来说从未奏效，因为大多数实际示例实际上需要的不仅仅是返回/绑定。此外，称之为规则也无济于事。这更像是“有些东西有共同点，我们把它们称为‘单子’，把共同点称为‘规则’”。Return（a->M<a>）和Bind（M<a>->（a->M<b>）->M<b>）很好，但我永远无法理解Bind如何从M<a>中提取a，以便将其传递给a->M<b>。我不认为我在任何地方读过（也许这对其他人来说都很明显），Return（M<a>->a）的反面必须存在于monad内部，它只是不需要暴露。
在Scala的上下文中，您会发现以下是最简单的定义。基本上，flatMap（或bind）是“关联”的，并且存在一个标识。
trait M[+A] {
def flatMap[B](f: A => M[B]): M[B] // AKA bind
// Pseudo Meta Code
def isValidMonad: Boolean = {
// for every parameter the following holds
def isAssociativeOn[X, Y, Z](x: M[X], f: X => M[Y], g: Y => M[Z]): Boolean =
x.flatMap(f).flatMap(g) == x.flatMap(f(_).flatMap(g))
// for every parameter X and x, there exists an id
// such that the following holds
def isAnIdentity[X](x: M[X], id: X => M[X]): Boolean =
x.flatMap(id) == x
}
}
E.g.
// These could be any functions
val f: Int => Option[String] = number => if (number == 7) Some("hello") else None
val g: String => Option[Double] = string => Some(3.14)
// Observe these are identical. Since Option is a Monad
// they will always be identical no matter what the functions are
scala> Some(7).flatMap(f).flatMap(g)
res211: Option[Double] = Some(3.14)
scala> Some(7).flatMap(f(_).flatMap(g))
res212: Option[Double] = Some(3.14)
// As Option is a Monad, there exists an identity:
val id: Int => Option[Int] = x => Some(x)
// Observe these are identical
scala> Some(7).flatMap(id)
res213: Option[Int] = Some(7)
scala> Some(7)
res214: Some[Int] = Some(7)
注：严格地说，函数编程中的Monad的定义与范畴理论中的Monard的定义不同，后者是按映射和展平的顺序定义的。尽管它们在某些映射下是等价的。这个演示非常好：http://www.slideshare.net/samthemonad/monad-presentation-scala-as-a-category
tl；博士
{-# LANGUAGE InstanceSigs #-}
newtype Id t = Id t
instance Monad Id where
return :: t -> Id t
return = Id
(=<<) :: (a -> Id b) -> Id a -> Id b
f =<< (Id x) = f x
开场白
应用程序运算符$of函数
forall a b. a -> b
是规范定义的
($) :: (a -> b) -> a -> b
f $ x = f x
infixr 0 $
根据Haskell基函数应用f x（infixl 10）。
作文定义为$as
(.) :: (b -> c) -> (a -> b) -> (a -> c)
f . g = \ x -> f $ g x
infixr 9 .
并且满足所有f g h的等价性。
f . id = f :: c -> d Right identity
id . g = g :: b -> c Left identity
(f . g) . h = f . (g . h) :: a -> d Associativity
.是关联的，id是它的右标识和左标识。
克莱斯利三人组
在编程中，monad是带有monad类型类实例的函子类型构造函数。定义和实现有几个等价的变体，每个变体对monad抽象的直觉略有不同。
函子是带有函子类型类实例的*->*类型的类型构造函数f。
{-# LANGUAGE KindSignatures #-}
class Functor (f :: * -> *) where
map :: (a -> b) -> (f a -> f b)
除了遵循静态强制类型协议之外，函子类型类的实例必须遵守所有f g的代数函子定律。
map id = id :: f t -> f t Identity
map f . map g = map (f . g) :: f a -> f c Composition / short cut fusion
函数计算具有以下类型
forall f t. Functor f => f t
计算c r包含上下文c中的结果r。
一元一元函数或Kleisli箭头的类型为
forall m a b. Functor m => a -> m b
Kleisi箭头是接受一个参数a并返回一元计算m b的函数。
Monads是用Kleisli三重函数定义的
(m, return, (=<<))
实现为类型类
class Functor m => Monad m where
return :: t -> m t
(=<<) :: (a -> m b) -> m a -> m b
infixr 1 =<<
Kleisli标识返回是一个Kleisli箭头，它将值t提升为单元上下文m。
Kleisli组成<=<根据扩展定义为
(<=<) :: Monad m => (b -> m c) -> (a -> m b) -> (a -> m c)
f <=< g = \ x -> f =<< g x
infixr 1 <=<
<=<组成两个Kleisli箭头，将左箭头应用于右箭头应用的结果。
monad类型类的实例必须遵守monad定律，这在Kleisli组合中最为优雅地表述为：forall f g h。
f <=< return = f :: c -> m d Right identity
return <=< g = g :: b -> m c Left identity
(f <=< g) <=< h = f <=< (g <=< h) :: a -> m d Associativity
<=<是关联的，返回是它的右标识和左标识。
身份
标识类型
type Id t = t
是类型上的标识函数
Id :: * -> *
被解释为函子，
return :: t -> Id t
= id :: t -> t
(=<<) :: (a -> Id b) -> Id a -> Id b
= ($) :: (a -> b) -> a -> b
(<=<) :: (b -> Id c) -> (a -> Id b) -> (a -> Id c)
= (.) :: (b -> c) -> (a -> b) -> (a -> c)
在规范的Haskell中，定义了身份monad
newtype Id t = Id t
instance Functor Id where
map :: (a -> b) -> Id a -> Id b
map f (Id x) = Id (f x)
instance Monad Id where
return :: t -> Id t
return = Id
(=<<) :: (a -> Id b) -> Id a -> Id b
f =<< (Id x) = f x
选项
选项类型
data Maybe t = Nothing | Just t
编码计算可能t不一定产生结果t，计算可能“失败”。选项monad已定义
instance Functor Maybe where
map :: (a -> b) -> (Maybe a -> Maybe b)
map f (Just x) = Just (f x)
map _ Nothing = Nothing
instance Monad Maybe where
return :: t -> Maybe t
return = Just
(=<<) :: (a -> Maybe b) -> Maybe a -> Maybe b
f =<< (Just x) = f x
_ =<< Nothing = Nothing
a->Maybe b仅在Maybe a产生结果时应用于结果。
newtype Nat = Nat Int
自然数可以编码为大于或等于零的整数。
toNat :: Int -> Maybe Nat
toNat i | i >= 0 = Just (Nat i)
| otherwise = Nothing
自然数在减法下不是封闭的。
(-?) :: Nat -> Nat -> Maybe Nat
(Nat n) -? (Nat m) = toNat (n - m)
infixl 6 -?
选项monad涵盖了异常处理的基本形式。
(-? 20) <=< toNat :: Int -> Maybe Nat
List
列表monad，覆盖列表类型
data [] t = [] | t : [t]
infixr 5 :
及其加法幺半群运算“append”
(++) :: [t] -> [t] -> [t]
(x : xs) ++ ys = x : xs ++ ys
[] ++ ys = ys
infixr 5 ++
编码非线性计算[t]，产生自然量0，1。。。结果t。
instance Functor [] where
map :: (a -> b) -> ([a] -> [b])
map f (x : xs) = f x : map f xs
map _ [] = []
instance Monad [] where
return :: t -> [t]
return = (: [])
(=<<) :: (a -> [b]) -> [a] -> [b]
f =<< (x : xs) = f x ++ (f =<< xs)
_ =<< [] = []
Extension=<<将从Kleisli箭头a->[b]的应用f x到[a]的元素的所有列表[b]连接到一个结果列表[b]。
设正整数n的正除数为
divisors :: Integral t => t -> [t]
divisors n = filter (`divides` n) [2 .. n - 1]
divides :: Integral t => t -> t -> Bool
(`divides` n) = (== 0) . (n `rem`)
then
forall n. let { f = f <=< divisors } in f n = []
在定义monad类型类时，Haskell标准使用其flip，即绑定运算符>>=，而不是extension=<<。
class Applicative m => Monad m where
(>>=) :: forall a b. m a -> (a -> m b) -> m b
(>>) :: forall a b. m a -> m b -> m b
m >> k = m >>= \ _ -> k
{-# INLINE (>>) #-}
return :: a -> m a
return = pure
为了简单起见，本解释使用了类型类层次结构
class Functor f
class Functor m => Monad m
在Haskell中，当前的标准层次结构是
class Functor f
class Functor p => Applicative p
class Applicative m => Monad m
因为不仅每个单子都是函子，而且每个应用格也是函子，每个单子也是应用格。
使用列表monad，命令式伪代码
for a in (1, ..., 10)
for b in (1, ..., 10)
p <- a * b
if even(p)
yield p
大致翻译为do块，
do a <- [1 .. 10]
b <- [1 .. 10]
let p = a * b
guard (even p)
return p
等效的monad理解，
[ p | a <- [1 .. 10], b <- [1 .. 10], let p = a * b, even p ]
和表达式
[1 .. 10] >>= (\ a ->
[1 .. 10] >>= (\ b ->
let p = a * b in
guard (even p) >> -- [ () | even p ] >>
return p
)
)
Do符号和monad理解是嵌套绑定表达式的语法糖。绑定运算符用于一元结果的本地名称绑定。
let x = v in e = (\ x -> e) $ v = v & (\ x -> e)
do { r <- m; c } = (\ r -> c) =<< m = m >>= (\ r -> c)
哪里
(&) :: a -> (a -> b) -> b
(&) = flip ($)
infixl 0 &
定义了防护功能
guard :: Additive m => Bool -> m ()
guard True = return ()
guard False = fail
其中单位类型或“空元组”
data () = ()
支持选择和失败的加法单子可以通过使用类型类抽象
class Monad m => Additive m where
fail :: m t
(<|>) :: m t -> m t -> m t
infixl 3 <|>
instance Additive Maybe where
fail = Nothing
Nothing <|> m = m
m <|> _ = m
instance Additive [] where
fail = []
(<|>) = (++)
其中fail和<|>形成所有k l m的幺半群。
k <|> fail = k
fail <|> l = l
(k <|> l) <|> m = k <|> (l <|> m)
失败的是吸收/消灭零元素的加法单体
_ =<< fail = fail
如果在
guard (even p) >> return p
即使p为真，则保护产生[（）]，并且根据>>的定义，产生局部常数函数
\ _ -> return p
应用于结果（）。如果为false，则保护生成列表monad的fail（[]），这不会产生要应用>>的Kleisli箭头的结果，因此跳过此p。
状态
不光彩的是，monad用于编码有状态计算。
状态处理器是一种功能
forall st t. st -> (t, st)
转换状态st并产生结果t。状态st可以是任何东西。没有，标志，计数，数组，句柄，机器，世界。
状态处理器的类型通常称为
type State st t = st -> (t, st)
状态处理器monad是kind*->*函子state st.Kleisli状态处理器mond的箭头是函数
forall st a b. a -> (State st) b
在规范的Haskell中，定义了状态处理器monad的惰性版本
newtype State st t = State { stateProc :: st -> (t, st) }
instance Functor (State st) where
map :: (a -> b) -> ((State st) a -> (State st) b)
map f (State p) = State $ \ s0 -> let (x, s1) = p s0
in (f x, s1)
instance Monad (State st) where
return :: t -> (State st) t
return x = State $ \ s -> (x, s)
(=<<) :: (a -> (State st) b) -> (State st) a -> (State st) b
f =<< (State p) = State $ \ s0 -> let (x, s1) = p s0
in stateProc (f x) s1
状态处理器通过提供初始状态来运行：
run :: State st t -> st -> (t, st)
run = stateProc
eval :: State st t -> st -> t
eval = fst . run
exec :: State st t -> st -> st
exec = snd . run
状态访问由原语get和put提供，它们是对有状态monad的抽象方法：
{-# LANGUAGE MultiParamTypeClasses, FunctionalDependencies #-}
class Monad m => Stateful m st | m -> st where
get :: m st
put :: st -> m ()
m->st声明状态类型st对monad m的函数依赖性；例如，状态t将确定状态类型为t唯一。
instance Stateful (State st) st where
get :: State st st
get = State $ \ s -> (s, s)
put :: st -> State st ()
put s = State $ \ _ -> ((), s)
单位类型类似于C中的空隙。
modify :: Stateful m st => (st -> st) -> m ()
modify f = do
s <- get
put (f s)
gets :: Stateful m st => (st -> t) -> m t
gets f = do
s <- get
return (f s)
gets通常与记录字段访问器一起使用。
状态monad等价于变量线程
let s0 = 34
s1 = (+ 1) s0
n = (* 12) s1
s2 = (+ 7) s1
in (show n, s2)
其中s0：：Int，是同样透明的，但更加优雅和实用
(flip run) 34
(do
modify (+ 1)
n <- gets (* 12)
modify (+ 7)
return (show n)
)
modify（+1）是一种类型为State Int（）的计算，但其效果等同于return（）。
(flip run) 34
(modify (+ 1) >>
gets (* 12) >>= (\ n ->
modify (+ 7) >>
return (show n)
)
)
结合性的单子定律可以用>>=forall m f g来表示。
(m >>= f) >>= g = m >>= (\ x -> f x >>= g)
or
do { do { do {
r1 <- do { x <- m; r0 <- m;
r0 <- m; = do { = r1 <- f r0;
f r0 r1 <- f x; g r1
}; g r1 }
g r1 }
} }
与面向表达式的编程（例如Rust）一样，块的最后一条语句表示其产量。绑定运算符有时被称为“可编程分号”。
对结构化命令式编程中的迭代控制结构原语进行单点仿真
for :: Monad m => (a -> m b) -> [a] -> m ()
for f = foldr ((>>) . f) (return ())
while :: Monad m => m Bool -> m t -> m ()
while c m = do
b <- c
if b then m >> while c m
else return ()
forever :: Monad m => m t
forever m = m >> forever m
输入/输出
data World
I/O世界状态处理器monad是纯Haskell和真实世界的协调，是功能外延和命令式操作语义的协调。与实际严格执行情况类似：
type IO t = World -> (t, World)
不纯洁的原语促进了交互
getChar :: IO Char
putChar :: Char -> IO ()
readFile :: FilePath -> IO String
writeFile :: FilePath -> String -> IO ()
hSetBuffering :: Handle -> BufferMode -> IO ()
hTell :: Handle -> IO Integer
. . . . . .
使用IO原语的代码的杂质由类型系统永久协议化。因为纯净是可怕的，在IO中发生的一切，都留在IO中。
unsafePerformIO :: IO t -> t
或者，至少应该。
Haskell程序的类型签名
main :: IO ()
main = putStrLn "Hello, World!"
扩展到
World -> ((), World)
改变世界的函数。
后记
对象是Haskell类型，态射是Haskelr类型之间的函数的类别是，“快速和松散”，类别是Hask。
函子T是从范畴C到范畴D的映射；对于C中的每个对象，D中的一个对象
Tobj : Obj(C) -> Obj(D)
f :: * -> *
对于C中的每个态射，D中的一个态射
Tmor : HomC(X, Y) -> HomD(Tobj(X), Tobj(Y))
map :: (a -> b) -> (f a -> f b)
其中X，Y是C中的对象。HomC（X，Y）是C中所有态射X->Y的同态类。
Tmor Tobj
T(id) = id : T(X) -> T(X) Identity
T(f) . T(g) = T(f . g) : T(X) -> T(Z) Composition
范畴C的Kleisli范畴由Kleisli三元组给出
<T, eta, _*>
内函子的
T : C -> C
（f） 、同一态射eta（return）和扩展运算符*（=<<）。
Hask中的每个Kleisli态射
f : X -> T(Y)
f :: a -> m b
由扩展运算符
(_)* : Hom(X, T(Y)) -> Hom(T(X), T(Y))
(=<<) :: (a -> m b) -> (m a -> m b)
在Hask的Kleisli范畴中给出了一个态射
f* : T(X) -> T(Y)
(f =<<) :: m a -> m b
Kleisli范畴中的成分。T以扩展的形式给出
f .T g = f* . g : X -> T(Z)
f <=< g = (f =<<) . g :: a -> m c
并且满足范畴公理
eta .T g = g : Y -> T(Z) Left identity
return <=< g = g :: b -> m c
f .T eta = f : Z -> T(U) Right identity
f <=< return = f :: c -> m d
(f .T g) .T h = f .T (g .T h) : X -> T(U) Associativity
(f <=< g) <=< h = f <=< (g <=< h) :: a -> m d
应用等价变换
eta .T g = g
eta* . g = g By definition of .T
eta* . g = id . g forall f. id . f = f
eta* = id forall f g h. f . h = g . h ==> f = g
(f .T g) .T h = f .T (g .T h)
(f* . g)* . h = f* . (g* . h) By definition of .T
(f* . g)* . h = f* . g* . h . is associative
(f* . g)* = f* . g* forall f g h. f . h = g . h ==> f = g
在扩展方面是规范给出的
eta* = id : T(X) -> T(X) Left identity
(return =<<) = id :: m t -> m t
f* . eta = f : Z -> T(U) Right identity
(f =<<) . return = f :: c -> m d
(f* . g)* = f* . g* : T(X) -> T(Z) Associativity
(((f =<<) . g) =<<) = (f =<<) . (g =<<) :: m a -> m c
Monads也可以不使用Kleislian扩展来定义，而是在称为join的编程中使用自然转换mu来定义。一个单元是用μ来定义的，它是一个内函子的范畴C上的三元组
T : C -> C
f :: * -> *
和两种自然变形
eta : Id -> T
return :: t -> f t
mu : T . T -> T
join :: f (f t) -> f t
满足等效条件
mu . T(mu) = mu . mu : T . T . T -> T . T Associativity
join . map join = join . join :: f (f (f t)) -> f t
mu . T(eta) = mu . eta = id : T -> T Identity
join . map return = join . return = id :: f t -> f t
然后定义monad类型类
class Functor m => Monad m where
return :: t -> m t
join :: m (m t) -> m t
选项monad的规范mu实现：
instance Monad Maybe where
return = Just
join (Just m) = m
join Nothing = Nothing
concat函数
concat :: [[a]] -> [a]
concat (x : xs) = x ++ concat xs
concat [] = []
是列表monad的连接。
instance Monad [] where
return :: t -> [t]
return = (: [])
(=<<) :: (a -> [b]) -> ([a] -> [b])
(f =<<) = concat . map f
联接的实现可以使用等价项从扩展形式转换
mu = id* : T . T -> T
join = (id =<<) :: m (m t) -> m t
从mu到扩展形式的反向转换如下
f* = mu . T(f) : T(X) -> T(Y)
(f =<<) = join . map f :: m a -> m b
Philip Wadler:函数编程的MonadsSimon L Peyton Jones，Philip Wadler：强制函数式编程Jonathan M.D.Hill，Keith Clarke：范畴理论、范畴理论单子及其与函数编程的关系简介´Kleisli类别Eugenio Moggi：计算和单子的概念莫纳德不是什么
但为什么如此抽象的理论对编程有用呢？答案很简单：作为计算机科学家，我们重视抽象！当我们设计软件组件的接口时，我们希望它尽可能少地揭示实现。我们希望能够用许多替代方案来替代实现，许多其他“实例”都是相同的“概念”。当我们为许多程序库设计通用接口时，更重要的是我们选择的接口具有多种实现。我们非常重视monad概念的普遍性，这是因为范畴理论非常抽象，所以它的概念对编程非常有用。因此，我们在下面介绍的单子的推广也与范畴理论有着密切的联系，这一点不足为奇。但我们强调，我们的目的非常实用：它不是“实现范畴理论”，而是找到一种更通用的方法来构造组合子库。数学家已经为我们做了很多工作，这是我们的幸运！
从约翰·休斯的《概括单子到箭头》
