这个答案从一个激励性的例子开始，通过这个例子，得出一个单子的例子，并正式定义了“单子”。

考虑伪代码中的这三个函数：

f(<x, messages>) := <x, messages "called f. ">
g(<x, messages>) := <x, messages "called g. ">
wrap(x)          := <x, "">

f采用<x，messages>形式的有序对，并返回一个有序对。它保持第一项不变，并在第二项后面附加“called f.”。与g相同。

您可以组合这些函数并获得原始值，以及显示函数调用顺序的字符串：

  f(g(wrap(x)))
= f(g(<x, "">))
= f(<x, "called g. ">)
= <x, "called g. called f. ">

您不喜欢f和g负责将自己的日志消息附加到先前的日志信息。（为了论证起见，想象一下，f和g必须对这对中的第二项执行复杂的逻辑，而不是附加字符串。在两个或多个不同的函数中重复这种复杂的逻辑会很痛苦。）

您更喜欢编写更简单的函数：

f(x)    := <x, "called f. ">
g(x)    := <x, "called g. ">
wrap(x) := <x, "">

但看看当你编写它们时会发生什么：

  f(g(wrap(x)))
= f(g(<x, "">))
= f(<<x, "">, "called g. ">)
= <<<x, "">, "called g. ">, "called f. ">

问题是，将一对传递到函数中并不能得到所需的结果。但如果你可以将一对输入到函数中呢：

  feed(f, feed(g, wrap(x)))
= feed(f, feed(g, <x, "">))
= feed(f, <x, "called g. ">)
= <x, "called g. called f. ">

将feed（f，m）读为“feed m into f”。要将一对＜x，messages＞输入函数f，需要将x传递给f，从f中获取＜y，messages〕，并返回＜y，message message＞。

feed(f, <x, messages>) := let <y, message> = f(x)
                          in  <y, messages message>

请注意，当您对函数执行三项操作时会发生什么：

首先：如果包装一个值，然后将结果对送入函数：

  feed(f, wrap(x))
= feed(f, <x, "">)
= let <y, message> = f(x)
  in  <y, "" message>
= let <y, message> = <x, "called f. ">
  in  <y, "" message>
= <x, "" "called f. ">
= <x, "called f. ">
= f(x)

这与将值传递给函数相同。

第二：如果你把一对放进包装里：

  feed(wrap, <x, messages>)
= let <y, message> = wrap(x)
  in  <y, messages message>
= let <y, message> = <x, "">
  in  <y, messages message>
= <x, messages "">
= <x, messages>

这不会改变这对。

第三：如果定义了一个函数，该函数将x和g（x）输入f：

h(x) := feed(f, g(x))

并向其中输入一对：

  feed(h, <x, messages>)
= let <y, message> = h(x)
  in  <y, messages message>
= let <y, message> = feed(f, g(x))
  in  <y, messages message>
= let <y, message> = feed(f, <x, "called g. ">)
  in  <y, messages message>
= let <y, message> = let <z, msg> = f(x)
                     in  <z, "called g. " msg>
  in <y, messages message>
= let <y, message> = let <z, msg> = <x, "called f. ">
                     in  <z, "called g. " msg>
  in <y, messages message>
= let <y, message> = <x, "called g. " "called f. ">
  in <y, messages message>
= <x, messages "called g. " "called f. ">
= feed(f, <x, messages "called g. ">)
= feed(f, feed(g, <x, messages>))

这与将对输入g和将所得对输入f相同。

你有大部分的单子。现在您只需要了解程序中的数据类型。

<x，“称为f”>是什么类型的值？这取决于x是什么类型的值。如果x是t类型的，那么你的对就是“t和字符串对”类型的值了。称之为M型。

M是一个类型构造器：M本身并不表示一个类型，但一旦你用一个类型填空，M _就表示一个。M int是一对int和一个字符串。M字符串是一对字符串和一个字符串。等

恭喜你，你已经创建了monad！

形式上，你的monad是元组＜M，feed，wrap＞。

monad是一个元组＜M，feed，wrap＞，其中：

M是类型构造函数。feed接受一个（函数接受一个t并返回一个M u）和一个M t并返回M u。wrap接受一个v并返回一个M v。

t、 u和v是可以相同也可以不同的任意三种类型。单子满足您为特定单子证明的三个财产：

将包裹的t送入函数与将未包裹的t传入函数相同。形式上：饲料（f，包装（x））=f（x）将M t喂入包装物对M t没有任何影响。形式上：进给（包裹，m）=m将一个M t（称为M）输入一个函数将t传递到g从g得到一个M u（称为n）将n输入f与m进g从g得到n将n输入f形式上：饲料（h，m）=饲料（f，饲料（g，m）），其中h（x）：=饲料（f，g（x））

通常，feed称为bind（在Haskell中为AKA>>=），wrap称为return。

在了解这些信息时，对我帮助最大的两件事是：

第8章，“函数解析器”，摘自Graham Hutton的《Haskell编程》一书。实际上，这根本没有提到monad，但如果您能够通读第章并真正理解其中的所有内容，特别是如何评估一系列绑定操作，您将了解monad的内部结构。预计这需要多次尝试。

关于修道院的教程。这提供了几个很好的例子来说明它们的用途，我不得不说，我在Appendex中的类比是为我工作的。

第一：如果你不是数学家，monad这个词有点空洞。另一个术语是计算构建器，它更能描述它们的实际用途。

它们是链接操作的模式。它看起来有点像面向对象语言中的方法链接，但机制略有不同。

该模式主要用于函数式语言（特别是Haskell，它普遍使用monad），但也可以用于支持高阶函数的任何语言（即可以将其他函数作为参数的函数）。

JavaScript中的数组支持该模式，因此让我们将其作为第一个示例。

模式的要点是我们有一个类型（在本例中为Array），它有一个以函数作为参数的方法。提供的操作必须返回相同类型的实例（即返回数组）。

首先是一个不使用monad模式的方法链接示例：

[1,2,3].map(x => x + 1)

结果是[2,3,4]。代码不符合monad模式，因为我们作为参数提供的函数返回的是数字，而不是数组。monad形式的相同逻辑是：

[1,2,3].flatMap(x => [x + 1])

这里我们提供了一个返回Array的操作，所以现在它符合模式。flatMap方法为数组中的每个元素执行提供的函数。它期望每个调用都有一个数组作为结果（而不是单个值），但将得到的数组集合并为一个数组。所以最终的结果是相同的，数组[2,3,4]。

（提供给map或flatMap等方法的函数参数在JavaScript中通常称为“回调”。我将其称为“操作”，因为它更通用。）

如果我们连锁多个操作（以传统方式）：

[1,2,3].map(a => a + 1).filter(b => b != 3)

数组中的结果[2,4]

monad形式的相同链接：

[1,2,3].flatMap(a => [a + 1]).flatMap(b => b != 3 ? [b] : [])

产生相同的结果，即数组[2,4]。

您将立即注意到monad格式比非monad格式更难看！这正好表明单子不一定“好”。它们是一种有时有益有时不有益的模式。

请注意，monad模式可以以不同的方式组合：

[1,2,3].flatMap(a => [a + 1].flatMap(b => b != 3 ? [b] : []))

这里的绑定是嵌套的，而不是链式的，但结果是一样的。这是单子的一个重要属性，我们稍后会看到。这意味着组合的两个操作可以被视为单个操作。

该操作允许返回具有不同元素类型的数组，例如，将数字数组转换为字符串数组或其他东西；只要它仍然是一个数组。

这可以使用Typescript表示法更正式地描述。数组的类型为array＜T＞，其中T是数组中元素的类型。flatMap（）方法接受类型为T=>Array<U>的函数参数，并返回一个Array<U>。

一般来说，monad是任何类型的Foo＜Bar＞，它有一个“bind”方法，该方法接受类型为Bar＝＞Foo＜Baz＞的函数参数，并返回一个Foo＜Baz＞。

这回答了单子是什么。这个答案的其余部分将试图通过示例来解释为什么monads在Haskell这样的语言中是一种有用的模式，而Haskell对monads有很好的支持。

Haskell和Do表示法

要将map/filter示例直接转换为Haskell，我们将flatMap替换为>>=运算符：

[1,2,3] >>= \a -> [a+1] >>= \b -> if b == 3 then [] else [b] 

>>=运算符是Haskell中的绑定函数。当操作数是一个列表时，它与JavaScript中的flatMap相同，但对于其他类型，它被重载了不同的含义。

但是Haskell还为monad表达式提供了专用语法do块，它完全隐藏了绑定运算符：

 do a <- [1,2,3] 
    b <- [a+1] 
    if b == 3 then [] else [b] 

这将隐藏“管道”，并让您专注于在每个步骤中应用的实际操作。

在do块中，每一行都是一个操作。约束仍然认为块中的所有操作都必须返回相同的类型。因为第一个表达式是一个列表，所以其他操作也必须返回一个列表。

向后箭头<-看起来像赋值，但请注意，这是绑定中传递的参数。因此，当右侧的表达式是整数列表时，左侧的变量将是一个整数，但将对列表中的每个整数执行。

示例：安全导航（Maybe类型）

关于列表，让我们来看看monad模式如何对其他类型有用。

某些函数可能不总是返回有效值。在Haskell中，这由Maybe类型表示，该类型是Just value或Nothing选项。

总是返回有效值的链接操作当然很简单：

streetName = getStreetName (getAddress (getUser 17)) 

但如果任何函数都可以返回Nothing呢？我们需要单独检查每个结果，如果不是Nothing，则只将值传递给下一个函数：

case getUser 17 of
      Nothing -> Nothing 
      Just user ->
         case getAddress user of
            Nothing -> Nothing 
            Just address ->
              getStreetName address

很多重复检查！想象一下如果链条更长。Haskell用Maybe的monad模式解决了这个问题：

do
  user <- getUser 17
  addr <- getAddress user
  getStreetName addr

这个do块调用Maybe类型的绑定函数（因为第一个表达式的结果是Maybe）。绑定函数仅在值为Just值时执行以下操作，否则只传递Nothing。

这里使用monad模式来避免重复代码。这与其他一些语言使用宏来简化语法的方式类似，尽管宏以非常不同的方式实现了相同的目标。

请注意，Haskell中monad模式和monad友好语法的结合导致了代码更干净。在JavaScript这样的语言中，如果没有对monad的任何特殊语法支持，我怀疑monad模式是否能够在这种情况下简化代码。

可变状态

Haskell不支持可变状态。所有变量都是常量，所有值都是不可变的。但State类型可用于模拟具有可变状态的编程：

add2 :: State Integer Integer
add2 = do
        -- add 1 to state
         x <- get
         put (x + 1)
         -- increment in another way
         modify (+1)
         -- return state
         get


evalState add2 7
=> 9

add2函数构建一个monad链，然后以7作为初始状态对其求值。

显然，这在Haskell中才有意义。其他语言支持开箱即用的可变状态。Haskell通常在语言特性上是“选择加入”的——您可以在需要时启用可变状态，并且类型系统确保效果是显式的。IO是这方面的另一个例子。

IO

IO类型用于链接和执行“不纯”函数。

与任何其他实用语言一样，Haskell有一系列与外界接口的内置函数：putStrLine、readLine等。这些函数被称为“不纯”，因为它们要么会产生副作用，要么会产生不确定性的结果。即使是像获取时间这样简单的事情也被认为是不纯洁的，因为结果是不确定的——用相同的参数调用两次可能会返回不同的值。

纯函数是确定性的——它的结果完全取决于传递的参数，除了返回值之外，它对环境没有任何副作用。

Haskell大力鼓励使用纯函数——这是该语言的一个主要卖点。不幸的是，对于纯粹主义者来说，你需要一些不纯的函数来做任何有用的事情。Haskell折衷方案是将纯函数和不纯函数彻底分开，并保证纯函数无法直接或间接执行不纯函数。

这是通过给所有不纯函数赋予IO类型来保证的。Haskell程序的入口点是具有IO类型的主函数，因此我们可以在顶层执行不纯的函数。

但是该语言如何防止纯函数执行不纯函数？这是因为Haskell的懒惰本性。只有当某个函数的输出被其他函数消耗时，才执行该函数。但除了将IO值分配给main之外，没有办法使用它。因此，如果一个函数想要执行一个不纯的函数，它必须连接到main并具有IO类型。

对IO操作使用monad链接还可以确保它们以线性和可预测的顺序执行，就像命令式语言中的语句一样。

这让我们看到大多数人会用Haskell编写的第一个程序：

main :: IO ()
main = do 
        putStrLn ”Hello World”

当只有一个操作，因此没有什么要绑定时，do关键字是多余的，但为了保持一致性，我还是保留了它。

（）类型表示“无效”。这种特殊的返回类型仅适用于因其副作用而调用的IO函数。

更长的示例：

main = do
    putStrLn "What is your name?"
    name <- getLine
    putStrLn "hello" ++ name

这构建了一个IO操作链，因为它们被分配给主功能，所以它们被执行。

将IO与Maybe进行比较表明了monad模式的多功能性。对于Maybe，该模式用于通过将条件逻辑移动到绑定函数来避免重复代码。对于IO，该模式用于确保IO类型的所有操作都是有序的，并且IO操作不会“泄漏”到纯函数。

总结

在我的主观看法中，monad模式只有在对该模式有一些内置支持的语言中才真正有价值。否则，它只会导致过于复杂的代码。但是Haskell（和其他一些语言）有一些内置支持，隐藏了繁琐的部分，然后该模式可以用于各种有用的事情。喜欢：

避免重复代码（可能）为程序的分隔区域添加可变状态或异常等语言特性。将讨厌的东西与美好的东西隔离开来（IO）嵌入式域特定语言（解析器）将GOTO添加到语言中。

除了上面出色的答案之外，让我为您提供以下文章的链接（由Patrick Thomson撰写），该文章通过将概念与JavaScript库jQuery（及其使用“方法链接”来操作DOM的方式）相关联来解释monads：jQuery是Monad

jQuery文档本身并没有提到术语“monad”，而是谈到了可能更熟悉的“构建器模式”。这并不能改变一个事实，那就是你有一个合适的monad，也许你甚至没有意识到它。

http://code.google.com/p/monad-tutorial/正是为了解决这个问题而进行的工作。

monad是一种具有两个操作的数据类型：>>=（又名bind）和return（又名unit）。return接受一个任意值并用它创建monad的实例。>>=接受monad的一个实例并在其上映射一个函数。（您已经可以看到monad是一种奇怪的数据类型，因为在大多数编程语言中，您无法编写一个接受任意值并从中创建类型的函数。monad使用一种参数多态性。）

在Haskell表示法中，monad接口是

class Monad m where
  return :: a -> m a
  (>>=) :: forall a b . m a -> (a -> m b) -> m b

这些操作应该遵守某些“法则”，但这并不是非常重要的：“法则”只是将操作的合理实现行为化（基本上，>>=和return应该就如何将值转换为monad实例达成一致，并且>>=是关联的）。

Monad不仅仅是关于状态和I/O：它们抽象了一种常见的计算模式，包括处理状态、I/O、异常和非确定性。可能最容易理解的单子是列表和选项类型：

instance Monad [ ] where
    []     >>= k = []
    (x:xs) >>= k = k x ++ (xs >>= k)
    return x     = [x]

instance Monad Maybe where
    Just x  >>= k = k x
    Nothing >>= k = Nothing
    return x      = Just x

其中[]和：是列表构造函数，++是串联运算符，Just和Nothing是Maybe构造函数。这两个monad都在各自的数据类型上封装了常见的有用的计算模式（请注意，两者都与副作用或I/O无关）。

你真的需要写一些非平凡的Haskell代码来理解monad的含义以及它们为什么有用。