与 Netwire 一起使用时对 ArrowLoop 的误解答案

【问题标题】：Misunderstanding ArrowLoop when used with Netwire与 Netwire 一起使用时对 ArrowLoop 的误解
【发布时间】：2014-08-05 04:15:54
【问题描述】：

按照this post 中出色答案的引导，我试图获得一个不使用箭头符号的ArrowLoop 工作示例。在我完全理解箭头在引擎盖下的工作原理之前，我对使用箭头表示法感到不舒服。话虽如此，我已经构建了一个基于我对箭头的（有限）理解的小程序应该可以工作。然而，它最终以可怕的<<loop>> 异常终止：

module Main where

import Control.Wire
import FRP.Netwire

farr :: SimpleWire (Int, Float) (String, Float)
farr = let
  fn :: Int -> Float -> ((String, Float), SimpleWire (Int, Float) (String, Float))
  fn i f = (("f+i: " ++ (show (fromIntegral i + f)), f + 0.1), loopFn)

  loopFn :: SimpleWire (Int, Float) (String, Float)
  loopFn = mkSFN $ \(i, f) -> fn i f
  in
   mkSFN $ \(i, _) -> fn i 0.0

main :: IO ()
main = do
  let sess = clockSession_ :: Session IO (Timed NominalDiffTime ())
  (ts, sess2) <- stepSession sess

  let wire = loop farr
      (Right s, wire2) = runIdentity $ stepWire wire ts (Right 0)

  putStrLn ("s: " ++ s)

  (ts2, _) <- stepSession sess2
  let (Right s2, _) = runIdentity $ stepWire wire2 ts (Right 1)

  putStrLn ("s2: " ++ s2)

我的直觉告诉我，<<loop>> 异常通常发生在您不向循环提供初始值时。我不是在包含fn i 0.0 的行中做到了这一点吗？输出不一致：

$ ./test
s: f+i: 0.0
test.exe: <<loop>>

有谁知道我做错了什么？

【问题讨论】：

> 是 GHC 告诉您它已检测到评估循环的方式；一个表达式，在 GHC 评估期间它会返回到相同的 thunk。
好吧，我想进一步解释一下为什么会发生这种情况，因为我不希望它发生。

标签： haskell frp arrows netwire

【解决方案1】：

主要的混淆点似乎是ArrowLoop 和mfix 之间的整体关系。对于外行来说，fix 是一个给定函数的finds the fixed point 函数：

fix :: (a -> a) -> a
fix f = let x = f x in x

mfix 是该函数的一元扩展，其类型签名不出所料：

mfix :: (a -> m a) -> m a

那么这和ArrowLoop 有什么关系呢？好吧，Netwire 的ArrowLoop 实例在传递的线的第二个参数上运行mfix。换句话说，考虑loop 的类型签名：

loop :: a (b, d) (c, d) -> a b c

在 Netwire 中，ArrowLoop 的实例是：

instance MonadFix m => ArrowLoop (Wire s e m)

这意味着loop 函数在与电线一起使用时的类型是：

loop :: MonadFix m => Wire s e m (b, d) (c, d) -> Wire s e m b c

由于loop 不采用d 类型的初始参数，这意味着无法通过线路初始化任何类型的常规“循环”。从中获取值的唯一方法是继续将输出用作输入，直到找到终止条件，这类似于fix 的工作方式。作为参数传递给loop 的线实际上不会超过一次，因为stepWire 通过不同的输入一遍又一遍地应用于同一根线。只有当连线实际产生一个固定值时，函数才会步进并产生另一条连线（其行为方式与第一个相同）。

为了完整起见，这里是我对 loop 应该如何工作的最初直觉的代码，我将其命名为 semiLoop：

semiLoop :: (Monad m, Monoid s, Monoid e) => c -> Wire s e m (a, c) (b, c) -> Wire s e m a b
semiLoop initialValue loopWire = let
  runLoop :: (Monad m, Monoid s, Monoid e) =>
             Wire s e m (a, c) (b, c) -> s -> a -> c -> m (Either e b, Wire s e m a b)
  runLoop wire ts ipt x = do
    (result, nextWire) <- stepWire wire ts (Right (ipt, x))
    case result of
      Left i -> return (Left i, mkEmpty)
      Right (value, nextX) ->
        return (Right value, mkGen $ \ts' ipt' -> runLoop nextWire ts' ipt' nextX)
  in
   mkGen $ \ts input -> runLoop loopWire ts input initialValue

编辑

在 Petr 提供的 wonderful answer 之后，delay 组合器对于防止 loop 组合器发散至关重要。 delay 只是在上述循环的 mfix 部分中使用下一个值的惰性之间创建一个单值缓冲区。因此，上述semiLoop 的相同定义是：

semiLoop :: (MonadFix m, Monoid s, Monoid e) =>
            c -> Wire s e m (a, c) (b, c) -> Wire s e m a b
semiLoop initialValue loopWire = loop $ second (delay initialValue) >>> loopWire

【讨论】：