如何将上下文和 `IO` monad 隐藏到另一个 monad 中？答案

【问题标题】：How to hide context and the `IO` monad into another monad?如何将上下文和 `IO` monad 隐藏到另一个 monad 中？
【发布时间】：2019-04-16 10:50:25
【问题描述】：

我正在尝试使用HDBC 和Haskell.GI 实现一个小型桌面应用程序。我使用 glade 构建我的窗口和对话框，并使用 GtkBuilder 加载它们。在实现了几个场景之后，我最终使用了相同的模式，在 do 块中组成“动作”，其签名为：

Connection -> Builder -> a -> IO b

这些“动作”在IO monad 的上下文中构成，主要问题是我必须到处传递我的Connection 和Builder。我预见的另一个问题是，如果我想向我的应用程序添加另一个外部依赖项（例如，访问图像扫描仪），我将不得不更改所有“动作”的签名，更重要的是，它们的数量。

我能做什么：我可以定义一个类型同义词：

type Action a b = Connection -> Builder -> a -> IO b

我还可以创建一个命名元组来消除元组问题：

data Context =
    Context {
        conn :: Connection,
        builder :: Builder}

但这仍然不能解决这样一个事实，即每次我想访问数据库时，我都必须调用(conn ctx) 或在每个操作中使用let 绑定。

我觉得最理想的做法是制作我自己的 monad，我可以在其中组合我的行为，并且我不会明确谈论我的 Connection 或 Builder 值。

知道IO 已经是一个monad，我该如何定义这样的monad？

顺便说一句，它与State monad 有什么关系吗？

【问题讨论】：

听起来你可能想看看 Reader monad。（它确实类似于 State monad，但 state 是只读的。）
@RobinZigmond：好的。你的意思是：如果我在问题中定义Context类型，并定义type Action = ReaderT Context IO，我可以做(reader conn)、(reader builder)和liftIO $ do ...？
不完全 - (ReaderT Context IO) b，模 newtype 包装，相当于 Context -> IO b - 所以它不包括你的 a 参数。您当然可以重新排列参数的顺序并使用函数a -> ReaderT Context IO b
所以(new)type Action a b = a -> ReaderT Context IO b将是一个适当的单子可组合函数类型。（单子是ReaderT Context IO）我想我现在明白了。
使用自己的 monad，您可以定义自己的助手，例如 getConnection :: Action a Connection。您可能还想定义一个 MonadIO (Action a) 实例，以便您可以在自定义 monad 中运行 liftIO (putStrLn "hello") 之类的东西。

标签： haskell monads

【解决方案1】：

[..] 主要问题是我必须传递我的 Connection 和 Builder。

因此，这些是您（反复）阅读的“环境”的一部分。这就是 Reader monad 的用途。包 mtl 包含 monad 转换器 ReaderT，它将阅读器功能添加到基本 monad，在您的情况下为 IO。

演示：

假设一个简单的动作，比如 ..

no_action :: Connection -> Builder -> Int -> IO Int
no_action _ _ i = return (i + 1)

您可以将其放入一个类似于 IO 的新 Monad 中，但可以通过定义 Context 并应用 monad 转换器来访问连接和构建器：

data Context = Context { connection :: Connection
                       , builder :: Builder }
type CBIO b = ReaderT Context IO b

将你的动作提升到这个新的（组合的）monad 中值得拥有一个单独的函数：

liftCBIO :: (Connection -> Builder -> a -> IO b) -> (a -> CBIO b)
liftCBIO f v = do
    context <- ask
    liftIO (f (connection context) (builder context) v)

那么您可以随时写(liftCBIO no_action) num 或...

cbio_no_action = liftCBIO no_action

...和cbio_no_action num.

要真正运行你的新 monad，你会使用 runReaderT .. 但这也值得一个更好的名字：

runWithInIO = flip runReaderT

如果您愿意，您也可以将其更改为包含构建 Context。

使用上面的然后看起来像这样：

main = do
    i <- runWithInIO (Context Connection Builder) $ do
        a <- cbio_no_action 20
        liftIO $ putStrLn "Halfway through!"
        b <- cbio_no_action 30
        return (a + b)
    putStrLn $ show i

(Full demo on ideone)

【讨论】：