可以在新类型定义中使用类型类约束吗？答案

【问题标题】：Can a typeclass constraint be used in a newtype definition?可以在新类型定义中使用类型类约束吗？
【发布时间】：2017-04-17 17:18:28
【问题描述】：

假设我们有以下newtype 定义：

newtype A = A { _run :: Monad m => A -> [Int] -> m Int }

这不能用 GHC 8.0.2 编译：

error: Not in scope: type variable ‘m’

如我所料，将m 替换为IO 或[] 之类的具体类型类确实可以编译。既然这样没问题，为什么GHC不允许上面的签名呢？在 newtype 中添加类型类约束有什么问题？

【问题讨论】：

以下声明有效：newtype A = A { _run :: A -> [Int] -> (forall m. Monad m => m Int) }（需要{-# LANGUAGE RankNTypes #-} 扩展）。

标签： haskell typeclass newtype

【解决方案1】：

这取决于您尝试在 A 中存储的内容。

如果您尝试存储任何类似的函数，只要 m 是 Monad，将其用作类型参数，并在您的函数中指定此约束：

newtype A m = A { _run :: A m -> [Int] -> m Int }

myFunction :: Monad m => A m -> A m

然后，您可以在构造函数中包含 A [] -> [Int] -> [Int] 或 A Maybe -> [Int] -> Maybe Int 之类的内容。

f :: A Maybe -> [Int] -> Maybe Int
f _ (x:_) = Just x
f _ [] = Nothing

g :: Monad m => A m -> [Int] -> m Int
g _ xs = return $ head xs

myA :: A Maybe
myA = A f  -- this works

myOtherA :: Monad m => A m
myOtherA = A g  -- this works too

另一方面，如果你想强制你存储的数据是多态的，你可以使用GHC扩展RankNTypes。

{-# LANGUAGE RankNTypes #-}
newtype A = A { _run :: forall m. Monad m => A -> [Int] -> m Int }

myFunction :: A -> A

你不能在构造函数中包含 A -> [Int] -> [Int] 或 A -> [Int] -> Maybe Int 之类的东西，因为 forall 强制它们比 any Monad m 通用，所以它必须是类型为Monad m => A -> [Int] -> Maybe Int。

f :: A -> [Int] -> Maybe Int
f _ (x:_) = Just x
f _ [] = Nothing

g :: Monad m => A -> [Int] -> m Int
g _ xs = return $ head xs

myA :: A
myA = A f  -- this does not work ; it wants forall m. Monad m => m, not []

myOtherA :: A
myOtherA = A g  -- this does work

仅当您打算为 A 值使用不同的特定 Monad 实例时，这才会真正有用。例如，镜头就是这样工作的，它使用不同的函子对镜头做不同的事情。

【讨论】：

感谢您阐明如何编写构造函数并建立与 Lenses 的连接，这让我很满意。

【解决方案2】：

这是可能的：

{-# LANGUAGE RankNTypes #-}
newtype A = A { _run :: forall m. Monad m => A -> [Int] -> m Int }

很难说你想做什么，但这不是很有用。 A 类型的任何值都需要适用于所有 monad（您无法选择）。

这也是可能的，但有相同的限制：

{-# LANGUAGE GADTs #-}
data A where A :: Monad m => (A -> [Int] -> m Int) -> A

但也许你的意思更像

newtype A m = A { _run :: A m -> [Int] -> m Int }

这允许使用不同 monad 的不同类型 A 的值。

【讨论】：

谢谢，这对我来说更有意义了。 RankNTypes 方法和 GADT 方法之间有什么有意义的区别吗？
@BillM 除了一个错字（已修复）并且没有像 _run 这样的名字？没有。
@ephemient 我在 GHCi 中尝试过，在下面我对f 的定义中，GADTs 方式有效，但 RankNTypes 方式出现错误。
我不确定如何编辑其他人的答案，但我在这方面进行了编辑。
data 和newtype 版本之间存在巨大差异。它们的含义完全不同。 data 版本创建了一个存在主义。无论何时应用构造函数，都会丢失类型m，并且永远无法恢复。 newtype 版本是通用的。构造函数持有的值必须在所有m 中具有Monad 实例的多态性。当你提取它时，你可以将它用于任何m。

【解决方案3】：

当您创建A 类型的数据时，GHC 如何知道要使用Monad 的哪个实例？

或者，换句话说，类型变量m 不在类型定义左侧的范围内。这意味着它不知道m 应该是什么，也无法解决。这是隐含的。

我相信您可以通过某种方式使用扩展来做您想做的事情，可能使用显式的 forall。（RankNTypes 扩展），但是我们需要了解更多信息。

【讨论】：