关于 StateT、State 和 MonadState 的混淆答案

【问题标题】：Confusion about StateT, State and MonadState关于 StateT、State 和 MonadState 的混淆
【发布时间】：2017-09-12 07:51:10
【问题描述】：

我很困惑

newtype StateT s m a = StateT {runStateT :: s -> m (a, s)}

和

type State s = StateT s Identity

和

class Monad m => MonadState s m | m -> s

【问题讨论】：

您的具体问题是什么？你想要实现什么类型的目标？你的困惑从何而来？你不知道newtype、type和class是什么？如果您只是不了解这些结构，那么只需阅读一些 Haskell 教程。 StackOverflow 是针对特定问题的。
问题是……？ :)

标签： haskell state-monad

【解决方案1】：

State 用于您的正常状态单子。这是三个中最简单的。（在一些较早的教程中，您可能会看到使用 State 构造函数，但这已被 state 函数替换，因为 State s 现在是 StateT s Identity 的类型别名。）

StateT 是 State monad 的 monad 转换器。它允许您在状态中放置任意 monad，从而增加了一层通用性。这对于简单的解析器很有用，它可以使用例如StateT [Token] Maybe Result 将解析表示为可能失败的有状态操作。

MonadState 进一步概括了这种情况。有一个实例Monad m => MonadState s (StateT s m)，但也有一些实例，例如允许您对StateT 的monad 转换器执行有状态操作的实例。所有基本状态函数（get、set、modify 等）都可以与MonadState 的实例一起使用。

【讨论】：

【解决方案2】：

从前，有一个State类型：

-- Not the current definition.
newtype State s a = State {runState :: s -> (a, s)}

State s a 值本质上是获取状态并产生结果和更新状态的函数。合适的Functor、Applicative 和Monad 实例可以通过使元组改组需要隐式处理(a, s) 输出来以更方便的方式组合这些函数。在少数操纵状态的基本操作的帮助下......

get = State $ \s -> (s, s)
put s = State $ \_ -> ((), s)

...可以避免提及底层s -> (a, s) 类型，并编写感觉有状态的代码。

StateT s 是一个仿照State s 的单子转换器：

newtype StateT s m a = StateT {runStateT :: s -> m (a, s)}

此转换器在基本 monad m 之上添加了上述状态处理功能。它带有Functor、Applicative 和Monad 实例，以及get 和put 的版本。

如果m，基本单子，在StateT s m 是Identity，虚拟函子...

newtype Identity a = Identity {runIdentity :: a}

...我们得到的东西等同于普通的旧State s。既然如此，transformers 将State 定义为同义词...

type State s = StateT s Identity

...而不是作为一个单独的类型。

至于MonadState，它满足了两种不同的需求。首先，我们可以使用 monad 变压器机制将 StateT s m 作为变压器堆栈中其他变压器的基本 monad（任意示例：MaybeT (StateT Int IO)）。但是，在这种情况下，lift 来自 MonadTrans 成为使用 get 和 put 所必需的。在这种情况下直接使用操作的一种方法是通过MonadState：它将它们作为方法提供......

-- Abridged class definition.
class Monad m => MonadState s m | m -> s where
    get :: m s
    put :: s -> m ()
    state :: (s -> (a, s)) -> m a

... 这样我们就可以拥有涉及我们感兴趣的StateT 的任何转换器组合的实例。

instance Monad m => MonadState s (StateT s m) where -- etc.
instance MonadState s m => MonadState s (MaybeT m) where -- etc.
-- And so forth

其次，如果我们想要一个状态 monad 的实现不同于 transformers 中的实现，我们可以将其设为 MonadState 的实例，这样我们就可以保持相同的基本操作和，只要我们按照MonadState 编写类型签名，如果需要，更改实现就更容易了。

【讨论】：