将 ST monad 重新打扮成类似于 State monad 的东西

Question

以下是场景：Given 是一个 C 库，其核心是一些结构，其上的操作由大量 C 函数提供。

第 1 步：使用 Haskell 的 FFI 创建一个包装器。它具有myCLibInit :: IO MyCLibObj、myCLibOp1 :: MyCLibObj -> ... -> IO ()等功能。 MyCLibObj 是一种不透明类型，它将Ptr 或ForeignPtr 携带（并隐藏）到实际的C 结构中，例如在wiki 或RWH ch. 17 中所示。

第 2 步： 使用 unsafeIOToST from Control.Monad.ST.Unsafe 将所有 IO 操作转换为 ST 操作。这是通过引入类似的东西来完成的

 data STMyCLib s = STMyCLib MyCLibObj

然后将所有IO函数包装在ST函数中，例如：

myCLibInit' :: ST s (STMyCLib s)
myCLibInit' = unsafeIOToST $ STMyCLib <$> myCLibInit

这允许编写反映使用类似 OO 的 C 库的命令式程序，例如：

doSomething :: ST s Bool
doSomething = do
    obj1 <- myCLibInit'
    success1 <- myCLibOp1' obj1 "some-other-input"
    ...
    obj2 <- myCLibInit'
    result <- myCLibOp2' obj2 42
    ...
    return True   -- or False

main :: IO ()
main = do
    ...
    let success = runST doSomething
    ...

第 3 步： 通常将多个 MyCLibObj 的操作混合在一个 do-block 中是没有意义的。例如，当 C 结构是（或应该被认为是）单例实例时。在上面的doSomething 中做类似的事情要么是荒谬的，要么是完全禁止的（例如，当 C 结构是 static 时）。在这种情况下，类似于State monad 之一的语言是必要的：

doSomething :: ResultType
doSomething =  withMyCLibInstance $ do
    success <- myCLibOp1'' "some-other-input"
    result <- myCLibOp2'' 42
    ...
    return result

在哪里

withMyCLibInstance :: Q a -> a

这就引出了一个问题：ST s a monad 怎么能被重新打扮成更类似于 State monad 的东西。由于withMyCLibInstance 将使用runST 函数新的monad，我们称之为Q（用于'q'uestion），应该是

newtype Q a = Q (forall s. ST s a)

这对我来说看起来很奇怪。我已经在为这个Q 实现Functor 实例而苦苦挣扎，更不用说Applicative 和Monad。 ST s 实际上已经是一个 monad，但是状态 s 不能逃脱 ST monad，因此是 forall s. ST s a。这是摆脱s 的唯一方法，因为runST :: (forall s. ST s a) -> a 和withMyCLibInstance 只是myCLibInit' 后跟runST。但不知何故，这不合适。

解决第 3 步的正确方法是什么？我应该执行第 2 步，还是在第 1 步之后立即滚动我的Q？我的感觉是这应该很简单。 ST monad 拥有我所需要的一切，Q 只需要以正确的方式设置...

更新 1： 步骤 3 中的单例和静态结构示例不是很好。如果两个这样的 do 块并行执行，可能会发生非常糟糕的事情，即两个 do 块将并行处理同一个 C 结构。

Answer 1

您可以使用阅读器效果访问单例，仅在 run 函数中实例化它：

newtype MyCLibST s a = MyCLibST { unMyCLibST :: ReaderT (STMyCLib s) (ST s) a }

runMyCLibST :: (forall s. MyCLibST s a) -> a
runMyCLibST m = runST (myCLibInit >>= runReaderT (unMyCLibST m))

-- Wrap the API with this.
unsafeMkMyCLibST :: (MyCLibObj -> IO a) -> MyCLibST s a

如果您想继续访问其他ST 功能（如可变引用和数组），s 应该作为MyCLibST 的参数出现。