卡在状态单子中

Question

我想使用节点和唯一键的 IntMap 创建一个图形结构。这个话题已经很好地覆盖了here 和here。我通过基本上将 state -> (val,state) 的函数包装在一个新类型中来理解 state monad 的工作原理，这样我们就可以为它创建一个 monad 实例。我已经阅读了很多关于这个主题的内容。我似乎仍然无法理解如何在整个程序执行过程中获得唯一（或只是增量）值。获得一系列连续的 ID 很容易，但是一旦我“runState”退出 monad，我似乎又回到了我开始跟踪当前 ID 的地方。我觉得我被困在单子里了。我考虑的另一个选择是将整个 IntMap 和当前的“下一个”ID 保留为状态，但这似乎非常“必要”和极端。 This 问题非常相似，但没有得到很多答案（或者我可能只是遗漏了一些明显的东西）。在整个程序执行过程中，利用 state monad 获取唯一 ID 的惯用方式是什么？谢谢。

Answer 1

假设我们要IO-化State monad。那会是什么样子？我们纯粹的 State monad 只是一个新类型：

s -> (a, s)

好吧，IO 版本在返回最终值之前可能会产生一些副作用，如下所示：

s -> IO (a, s)

这种模式很常见，它有一个名字，特别是StateT：

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

名称末尾有一个T，因为它是一个单子Transformer。我们称m 为“基本单子”，StateT s m 为“转换后的”单子。

如果m 是Monad，则StateT s m 只是Monad：

instance (Monad m) => Monad (StateT s m) where {- great exercise -}

然而，除此之外，所有的 monad 转换器都实现了 MonadTrans 类，定义如下：

class MonadTrans t where
    lift :: (Monad m) => m a -> t m a

instance MonadTrans (StateT s) where {- great exercise -}

如果t 是StateT s，那么lift 的类型专门用于：

lift :: m a -> StateT s m a

换句话说，它可以让我们“提升”基础 monad 中的一个动作，使其成为转换后的 monad 中的一个动作。

因此，对于您的具体问题，您需要 StateT (IntMap k v) IO monad，它扩展了 IO 和额外的 State。然后你可以在这个 monad 中编写你的整个程序：

main = flip runStateT (initialState :: IntMap k v) $ do
    m <- get        -- retrieve the map
    lift $ print m  -- lift an IO action
    (k, v) <- lift readLn
    put (insert k v m)

请注意，我仍然使用get 和put。这是因为transformers 包实现了我描述的所有概念，并将get 和put 的签名概括为：

get :: (Monad m) => StateT s m s
put :: (Monad m) => s -> StateT s m ()

这意味着它们会自动在StateT 内工作。 transformers 然后将State 定义为：

type State s = StateT s Identity

这意味着您可以将get 和put 用于State 和StateT。

要了解有关 monad 转换器的更多信息，我强烈推荐 Monad Transformers - Step by Step。