ghci 中的“trace”函数在第二次调用时不打印

Question

问题：

trace 函数在第二次调用时不起作用，但这只有在包含 trace 的函数被加载到 ghci 时才会发生。

问题

1. 为什么会这样？
2. 如何在 Haskel 模块中加载并仍然具有预期的行为？

意外行为：

我有一个名为test.hs的文件

import Debug.Trace (trace)
main = trace "test" return "main is called"

然后我在 ghci 中输入以下内容。注意maintrace 的第二次调用没有打印“test”

Prelude> :l test
[1 of 1] Compiling Main             ( test.hs, interpreted )
Ok, one module loaded.
*Main> main
test
"main is called"
*Main> main      -- No output from trace?
"main is called"

预期行为

但是，如果我在 ghci 中键入 main 函数，我会得到预期的行为

Prelude> import Debug.Trace (trace)
Prelude Debug.Trace> main = trace "test" return "main is called" 
Prelude Debug.Trace> main
test
"main is called"
Prelude Debug.Trace> main -- Output from trace
test
"main is called"
Prelude Debug.Trace> 

更新

@Robin Zigmond 建议，我尝试了不同的括号但没有成功

main = trace "test" (return "main is called")
main = return(trace "test" "main is called") -- Joins the outputs into one string

Answer 1

首先，大致了解 Haskell 如何评估事物。考虑这个表达式

(\x -> x * x) (2 + 2)

Haskell 是懒惰的；函数在调用之前不会评估它们的参数，所以这样做的一种天真的方法是：

(2 + 2) * (2 + 2)

但这会使工作加倍！

所做的事情是这样的：

    *
   /  \
   \  /
   (2+2)

也就是说，运行时会记住 2 + 2 来自一个地方，当它被计算时，结果会在表达式的其他部分重用：

    *
   /  \
   \  /
     4

然后

     16

trace 函数包装了一个表达式，并且仅在表达式“弹出”时第一次打印消息。如果再次请求结果，它不会再次打印消息：

ghci> (\x -> x * x) (trace "pop!" (2 + 2))
pop!
16

谜题的下一部分是IO 操作。在 Haskell 中，像 IO 动作这样的语句式的东西实际上是像其他任何东西一样的值。它们可以作为参数传递给函数，也可以从函数返回。只是运行时将它们解释为对在现实世界中执行的有效操作的描述。

因此，类型为IO something 的表达式必须在执行（在“与世界交互”的意义上）之前进行求值（纯粹的懒惰意义上） ）。例如：

(\x -> x >> x) (trace "test" (putStrLn "foo"))

变成

        (>>)
       /  \
       \  /
(trace "test" (putStrLn "foo"))

这里我们弹出表达式并打印一次“test”

        (>>)
       /  \
       \  /
    putStrLn "foo"

运行时会看到类似

putStrLn "foo", then putStrLn "foo" again

其实你写的有点不一样：(trace "test" return) "main is called"。在您的代码中，trace 包装了 return 函数，而不是生成的 IO String 值。但是效果是类似的，函数也是 Haskell 中的值。类型为函数的表达式必须在调用函数之前求值。

此外，在您的情况下，发生的情况是 main 操作被评估一次，并执行多次。

请注意trace 的效果（在控制台上打印内容）与IO 操作的正常流程是带外的。它们是根据惰性评估的变幻莫测发生的。这是一个调试功能，不应该用于“真正的”工作。

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更新：我忘了回答这部分问题：为什么trace 在你的 ghci 实验中会有你所期望的行为？

trace "test" (return "foo") 是一个多态值，它实际上并没有指定具体的 monad（试试:t return "foo"）。 ghci 的defaulting rules 在执行之前将其实例化为IO。这种多态性使 ghci 每次输入 main 时都会重新计算该值。如果您提供显式类型注释，效果应该会消失，例如 main = (trace "test" (return "foo")) :: IO String。