在 Haskell 中结合 ST 和 List monad

Question

使用StateT monad 转换器，我可以创建类型StateT s [] a，它与s -> [(a, s)] 同构。现在我更喜欢使用STT monad transformer，因为我想拥有多个不同类型的可变变量，并且希望能够根据早期计算的结果随意实例化它们。

但是，STT 的链接文档明确提到：

这个 monad 转换器不应该与可以包含多个答案的 monad 一起使用，比如 list monad。原因是状态令牌将在不同的答案中重复，这会导致坏事发生（例如失去参考透明度）。安全 monad 包括 monad State、Reader、Writer、Maybe 以及它们对应的 monad 转换器的组合。

那么我有什么选择呢？

完全清楚：

• 我所追求的是非确定性。我希望能够分叉我的计算，为每个分支提供自己的整个状态的副本。
• 我不太介意并行性，因为性能不是我最关心的问题。
• 我不关注的是并发：不同的计算分支不应共享可变变量；相反，他们都应该使用自己的原始可变变量副本。

编辑： （编辑编辑：以下反例无效，因为 ListT 不应应用于非交换单子 ST 和 State。） 我开始意识到 STT monad 转换器的行为与 StateT 一样，本质上是不安全的。有了它，我们可以构建一个类型STT sloc (ListT (ST sglob)) a。这里，sglob 是全局状态的名称，而sloc 是本地状态的名称。* 现在我们可以使用全局状态在线程之间交换局部状态引用，从而有可能获得对未初始化变量的引用。

*为了比较，对应的StateT构造为StateT sloc (ListT (State sglob)) a，与sloc -> sglob -> ([(a, sloc)], sglob)同构。

Answer 1

你不会绕过StateT，因为对于这种不确定性的东西，编译器需要始终知道哪些“变量”需要被分支出来。当变量可能潜伏在STRefs 的任何地方时，这是不可能的。

要仍然获得“不同类型的多个变量”，您需要将它们打包到合适的记录中，并将其用作单个实际状态变量。处理这样的状态对象似乎很尴尬？嗯，使用镜头访问“个体变量”并没有那么糟糕。

{-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}

import Control.Lens
import Data.Monoid

import Control.Monad.Trans.State
import Control.Monad.ListT
import Control.Monad.Trans.Class
import Control.Monad.IO.Class

data Stobjs = Stobjs {
    _x :: Int
  , _y :: String
  }

makeLenses ''Stobjs

main = runListT . (`runStateT`Stobjs 10 "") $ do
   δx <- lift $ return 1 <> return 2 <> return 3
   xnow <- x <+= δx
   y .= show xnow
   if xnow > 11 then liftIO . putStrLn =<< use y
                else lift mempty

（输出12）。

“能够随意实例化它们”有点棘手，因为只有通过更改状态对象才能添加变量，这意味着您将不再真正处于同一个 monad 中。 Lens 具有可以使用的 zooming 概念——将状态对象拆分为“范围”，并使用仅将部分变量定义为放大到该范围的计算。

为了真正方便，您需要可以随意扩展的记录。我真的很喜欢 Nikita Volkovs record library approach，这似乎最近没有进一步发展。 Vinyl 也朝着这个方向发展，但我没有深入研究。

将来，我们将有 OverloadedRecordFields extension 来帮助解决这类问题。

Answer 2

不推荐这个答案，见the other one。

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为了扩展您的想法，用弱类型变量映射包装 StateT，这看起来像以下内容：

{-# LANGUAGE GADTs #-}

import Unsafe.Coerce
import Data.IntMap

data WeakTyped where
   WeakTyped :: a -> WeakTyped

newtype STT' m a = STT' { weakTypState :: StateT (IntMap WeakTyped) m a }
  deriving (Functor, Applicative, Monad)

newtype STT'Ref a = STT'Ref { mapIndex :: Int }

newSTTRef :: Monad m => a -> STT' m (STT'Ref a)
newSTTRef x = STT' $ do
   i <- (+1) . maximum . keys <$> get
   modify $ insert i x
   return $ STT'Ref i

readSTTRef :: Monad m => STT'Ref a -> STT' m a
readSTTRef (STT'Ref i) = STT' $ do
   unsafeCoerce . (!i) <$> get

我不相信这真的很聪明。这些STT'Refs 没有被Haskell 运行时正确处理，特别是状态变量不会被垃圾收集。因此，如果您在循环中运行使用newSTTRef 的操作，它实际上会在每次迭代中增加IntMap，而不会释放已经“超出范围”的变量（即没有任何引用指向他们）。

也许可以为所有这些添加一个真正的垃圾收集器，但这会使它变得非常复杂。