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。

但是，你本可以发明蒙纳斯！

sigfpe说：但所有这些都将单子介绍为需要解释的深奥的东西。但我想说的是，它们一点都不深奥。事实上，面对函数式编程中的各种问题，你会不可避免地被引向某些解决方案，所有这些都是单子的例子。事实上，如果你还没有发明，我希望你现在就发明它们。这是注意到所有这些解决方案实际上都是变相的相同解决方案的一小步。读完这篇文章后，你可能会更好地理解单子上的其他文档，因为你会发现你所看到的一切都是你已经发明的。monads试图解决的许多问题都与副作用有关。因此，我们将从它们开始。（请注意，monad让您做的不仅仅是处理副作用，特别是许多类型的容器对象都可以被视为monad。monad的一些介绍发现，很难协调monad的这两种不同用法，并且只关注其中一种。）在命令式编程语言（如C++）中，函数的行为与数学函数完全不同。例如，假设我们有一个C++函数，它接受一个浮点参数并返回一个浮点结果。从表面上看，它可能有点像一个将实数映射到实数的数学函数，但C++函数可以做的不仅仅是返回一个依赖于其参数的数字。它可以读取和写入全局变量的值，也可以将输出写入屏幕并接收用户的输入。然而，在纯函数语言中，函数只能读取在其参数中提供给它的内容，而它对世界产生影响的唯一方式是通过它返回的值。

Monad用于控制流，就像抽象数据类型用于数据一样。

换句话说，许多开发人员对集合、列表、字典（或哈希、或地图）和树的概念很熟悉。在这些数据类型中有许多特殊情况（例如InsertionOrderPreservingIdentityHashMap）。

然而，当面对程序“流”时，许多开发人员还没有接触到比if、switch/case、do、while、goto（grr）和（可能）闭包更多的构造。

因此，monad只是一个控制流构造。替代monad的更好短语是“控制类型”。

因此，monad具有用于控制逻辑、语句或函数的槽——数据结构中的等价物是，某些数据结构允许您添加数据，并删除数据。

例如，“if”monad：

if( clause ) then block

最简单的是有两个槽：一个子句和一个块。if monad通常用于评估子句的结果，如果不是false，则评估块。许多开发人员在学习“如果”时并没有接触到monad，而且编写有效的逻辑并不需要理解monad。

monad可能会变得更复杂，就像数据结构可能变得更复杂一样，但monad有很多大类可能具有相似的语义，但实现和语法不同。

当然，数据结构可以在单子上迭代或遍历，也可以以同样的方式进行评估。

编译器可能支持也可能不支持用户定义的monad。哈斯克尔当然知道。Ioke有一些类似的功能，尽管语言中没有使用monad一词。

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。

解释monad似乎就像解释控制流语句一样。想象一下，一个非程序员要求你解释它们？

你可以给他们一个涉及理论的解释——布尔逻辑、寄存器值、指针、堆栈和框架。但那太疯狂了。

你可以用语法来解释它们。基本上，C中的所有控制流语句都有大括号，您可以通过它们相对于括号的位置来区分条件和条件代码。这可能更疯狂。

或者，您也可以解释循环、if语句、例程、子例程以及可能的协例程。

Monad可以取代相当多的编程技术。语言中有一种特定的语法支持它们，还有一些关于它们的理论。

它们也是函数式程序员使用命令式代码而不承认它的一种方式，但这并不是他们唯一的用途。

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。