Haskell 中的 IORef答案

【问题标题】：IORef in HaskellHaskell 中的 IORef
【发布时间】：2019-02-27 07:03:09
【问题描述】：

我想知道 Haskell 中 IORef 的用法是否合法？更具体地说，如果有人可以解决以下问题或指出适当的地方以了解更多信息，我将不胜感激：

使用 IORef 是否被认为是一种糟糕的 Haskell 实践？如果是，为什么？更具体地说，它比 IO monad 好还是坏？
如果想为程序添加状态，状态单子不是更好（更纯粹）的方法吗？如果一个人感觉更有必要，难道他还不能使用 STM 和 MVar，而且还能过得更好吗？
是否存在使用 IORef 而不是 STM、MVar 或纯 IO 可以轻松处理的编程场景？

我正在阅读一篇将 IORef 用于代码 sn-ps 的论文，由于我对 IORef 的负面看法，这对我来说很难阅读。与其沉溺于我的无知，我认为向我的 Haskeller 同伴寻求帮助可能是一个更好的主意。

【问题讨论】：

Related，虽然我不会称其为 dup。
我可能只在涉及并发的情况下使用 IORef。是的，使用 IORef 来编写命令式代码会很糟糕。 MVar 和 STM 变量很棒，但如果 IORef 满足您的需求，那么使用它并没有错。
我猜论文是并发的？如上所述，我还没有真正在并发应用程序之外看到过 IORef。
@AJFarmar 这篇论文是关于在软件安全领域使用类型理论的。

【解决方案1】：

首先，我认为对于论文中的代码 sn-ps，使用 IORef 是完全明智的，特别是如果论文不是关于可变引用或并发的最佳实践。 IORef 易于理解，具有直接的语法和语义（尤其是在非并发设置中），如果您希望读者专注于 IORefs 以外的示例方面，这是一个自然的选择。不幸的是，作者的方法适得其反——忽略IORefs 并注意论文的其余部分。

（如果论文是关于可变引用或并发的最佳实践，那么它可能是在更好的替代方案出现之前编写的。）

无论如何，对于您的更大问题，使用IORef 的主要反对意见是：

与在程序中引入可变状态的任何其他机制一样，它使您的代码更难以推理、维护、测试等——函数式编程支持者所说的所有常见事情都会使 FP 获得“优势”突变密集型命令式算法。
它只是一个围绕专用STRef RealWorld 的新类型包装器，它在STRef 上添加的唯一内容是一些原子操作。在非并发代码中，没有充分的理由不在ST s monad 中使用STRef s 值，因为它们更灵活——您可以使用runST 在纯代码中运行它们，或者，如果需要，在带有 stToIO 的 IO monad。
在并发代码中，有更强大的抽象，例如 MVar 和 STM，它们比 IORefs 更容易使用。

因此，如果可变状态是“坏”的，而且——如果你真的需要它——更好的替代方案取决于你是否需要并发，没有太多可推荐的IORef。

另一方面，如果您已经在处理 IO monad 中的一些非并发代码，因为您需要执行实际的 IO 操作，并且您确实需要一些普遍的可变状态很难从 IO 中解脱出来，那么使用IORefs 似乎是合法的。

关于您更具体的问题：

我想可以肯定地说，当使用weaker tool would do the job 时，使用IORef 被认为是“不好的做法”。那个较弱的工具可能是STRef s，或者更好的是State monad，或者更好的是一个完全不需要任何状态的重写的高阶算法。因为IORef 将 IO 与可变引用结合在一起，所以它是一种命令式大锤，可能会导致最单一的 Haskell 代码，因此最好避免使用它，除非它“显然”是针对特定问题的正确解决方案。
State monad 通常是向程序添加状态的首选惯用方式，但它通过在计算中线程化一系列不可变状态值来提供可变状态的“幻觉”，而不是全部算法可以通过这种方式有效地实现。如果需要真正的可变状态，STRef 通常是非并发设置中的自然选择。请注意，您可能不会在非并发设置中使用 MVar 或 STM - 在这种情况下没有理由使用它们，即使您没有使用它们，它们也会迫使您进入 IO monad否则需要它。
是的，在某些编程场景中，IORef 或 STRef 优于 State、STM、MVar 或纯 IO（见下文）。在少数情况下IORef 显然比STRef 更可取，但是——如上所述——如果你已经在IO monad 中并且需要与 IO 操作纠缠在一起的真正可变状态，那么IORef 的语法可能比 STRef 更简洁。

IORef 或STRef 是一种好方法的一些示例：

base 包中的 Data.Unique 使用 IORef 作为生成唯一对象的全局计数器。
在base 库中，文件句柄内部广泛使用IORefs 将缓冲区附加到句柄。这是“已经在 IO monad 中进行纠缠的 IO 操作”的一个很好的例子。
许多向量算法是使用可变向量最有效地实现的（例如，甚至像计算数据块中的字节频率这样简单的方法）。如果您使用 vector 包中的可变向量，那么从技术上讲，您使用的是可变字节数组，而不是 STRef 或 IORef，但它在道德上仍然是等效的。
equivalence 包使用STRefs 来高效实现联合连接算法。
举个简单的例子，如果您要为命令式语言实现解释器，那么对可变变量使用 IORef 或 STRef 值通常是最有效的。

【讨论】：