在最近简要回顾了Haskell之后,对于monad本质上是什么,有什么简单、简洁、实用的解释?

我发现,我遇到的大多数解释都很难理解,而且缺乏实际细节。


当前回答

经过努力,我想我终于明白了单子。在重新阅读了我自己对绝大多数投票结果的冗长批评之后,我将给出这个解释。

要理解单子,需要回答三个问题:

你为什么需要蒙纳德?什么是单子?如何实现monad?

正如我在最初的评论中所指出的,有太多的monad解释被第3个问题所困扰,没有,也没有充分地涵盖第2个问题或第1个问题。

你为什么需要蒙纳德?

Haskell等纯函数式语言与C或Java等命令式语言的不同之处在于,纯函数式程序不一定按特定顺序执行,一步一步执行。Haskell程序更类似于一个数学函数,在该函数中,您可以以任意数量的潜在阶数求解“方程”。这带来了许多好处,其中之一是它消除了某些类型的错误的可能性,特别是那些与“状态”相关的错误。

然而,使用这种编程风格,有些问题不是很容易解决的。有些事情,比如控制台编程和文件i/o,需要按照特定的顺序进行,或者需要维护状态。处理这个问题的一种方法是创建一种表示计算状态的对象,以及一系列将状态对象作为输入并返回新修改的状态对象的函数。

因此,让我们创建一个假设的“状态”值,它表示控制台屏幕的状态。这个值是如何构造的并不重要,但假设它是一个字节长度的ascii字符数组,表示屏幕上当前可见的内容,以及一个表示用户输入的最后一行伪代码的数组。我们已经定义了一些接受控制台状态、修改它并返回新控制台状态的函数。

consolestate MyConsole = new consolestate;

因此,要进行控制台编程,但以纯函数的方式,您需要在彼此之间嵌套许多函数调用。

consolestate FinalConsole = print(input(print(myconsole, "Hello, what's your name?")),"hello, %inputbuffer%!");

以这种方式编程保持了“纯”的功能风格,同时强制对控制台的更改按特定顺序进行。但是,我们可能希望像上面的示例一样,一次只执行几个操作。以这种方式嵌套函数将开始变得笨拙。我们想要的是基本上与上面相同的代码,但编写得更像这样:

consolestate FinalConsole = myconsole:
                            print("Hello, what's your name?"):
                            input():
                            print("hello, %inputbuffer%!");

这确实是一种更方便的写法。但我们如何做到这一点呢?

什么是单子?

一旦你定义了一个类型(比如consoleestate),以及一系列专门为该类型操作而设计的函数,你就可以通过定义一个操作符(比如:(bind))将这些东西的整个包变成一个“monad”,该操作符会自动将返回值输入到左边的函数参数中,转换为与特定类型的绑定运算符一起工作的函数。

如何实现monad?

看到其他答案,似乎可以很自由地跳到细节中。

其他回答

除了上面出色的答案之外,让我为您提供以下文章的链接(由Patrick Thomson撰写),该文章通过将概念与JavaScript库jQuery(及其使用“方法链接”来操作DOM的方式)相关联来解释monads:jQuery是Monad

jQuery文档本身并没有提到术语“monad”,而是谈到了可能更熟悉的“构建器模式”。这并不能改变一个事实,那就是你有一个合适的monad,也许你甚至没有意识到它。

在Coursera“反应式编程原理”培训中,Erik Meier将其描述为:

"Monads are return types that guide you through the happy path." -Erik Meijer

monad是一个容器,但用于数据。一个特殊的容器。

所有容器都可以有开口、把手和喷口,但这些容器都保证有一定的开口、把手或喷口。

为什么?因为这些有保证的开口、把手和喷口对于以特定、常见的方式拾取和连接容器非常有用。

这使您可以选择不同的容器,而不必对它们了解太多。它还允许不同类型的容器轻松连接在一起。

我最喜欢的Monad教程:

http://www.haskell.org/haskellwiki/All_About_Monads

(在谷歌搜索“monad教程”的17万次点击中!)

@斯图:monads的目的是允许您将(通常)顺序语义添加到纯代码中;您甚至可以组合Monad(使用Monad Transformers)并获得更有趣和复杂的组合语义,例如,带有错误处理的解析、共享状态和日志记录。所有这些在纯代码中都是可能的,monad只允许您将其抽象并在模块化库中重用(在编程中总是很好的),并提供方便的语法使其看起来势在必行。

Haskell已经有了运算符重载[1]:它使用类型类的方式与使用Java或C#中的接口的方式非常相似,但Haskell恰好也允许使用非字母数字标记(如+&&和>)作为中缀标识符。如果您的意思是“重载分号”[2],那么在您看来这只是运算符重载。“重载分号”听起来像是黑魔法,自找麻烦(想象一下有进取心的Perl黑客听到了这个想法),但关键是没有monad就没有分号,因为纯函数代码不需要或不允许显式排序。

这一切听起来比实际情况要复杂得多。sigfpe的文章很酷,但使用了Haskell来解释它,这有点无法打破理解Haskell到grok Monads和理解Monads到grok Haskell的鸡和蛋的问题。

[1] 这是与monad不同的问题,但monad使用Haskell的运算符重载特性。

[2] 这也是一个过度简化,因为链接一元操作的运算符是>>=(发音为“bind”),但有语法糖(“do”)允许您使用大括号和分号和/或缩进和换行。

解释“什么是monad”有点像说“什么是数字?”我们总是使用数字。但想象一下,你遇到了一个对数字一无所知的人。你怎么解释数字是什么?你怎么开始描述为什么这可能有用?

什么是单子?简单的回答是:这是一种将操作链接在一起的特定方式。

本质上,您正在编写执行步骤,并将它们与“绑定函数”链接在一起。(在Haskell中,它名为>>=。)您可以自己编写对绑定运算符的调用,也可以使用语法糖,使编译器为您插入这些函数调用。但无论哪种方式,每个步骤都由对该绑定函数的调用分隔。

因此绑定函数就像分号;它将流程中的步骤分开。bind函数的任务是获取上一步的输出,并将其输入下一步。

听起来不太难,对吧?但单子不止一种。为什么?怎样

好吧,bind函数可以从一个步骤中获取结果,并将其传递给下一个步骤。但如果这就是单子的全部。。。这实际上不是很有用。理解这一点很重要:每个有用的monad除了做monad之外,还做其他事情。每一个有用的单子都有一种“特殊的力量”,这使它独一无二。

(没有什么特别作用的monad被称为“身份monad”。与身份函数类似,这听起来是一件毫无意义的事情,但事实证明并非如此……但这是另一回事™.)

基本上,每个monad都有自己的绑定函数实现。你可以编写一个绑定函数,这样它就可以在执行步骤之间做一些傻事。例如:

如果每个步骤都返回一个成功/失败指示符,则只有在前一个步骤成功的情况下,才能让绑定执行下一个步骤。这样,失败的步骤“自动”中止整个序列,而无需您进行任何条件测试。(故障单)扩展这个想法,您可以实现“异常”。(错误单点或异常单点。)因为您自己定义它们,而不是将其作为一种语言特性,所以您可以定义它们的工作方式。(例如,您可能希望忽略前两个异常,仅在引发第三个异常时中止。)您可以使每个步骤返回多个结果,并让bind函数对其进行循环,将每个结果输入到下一步。这样,在处理多个结果时,就不必一直到处写循环。绑定函数“自动”为您完成所有这些。(单子)除了将“结果”从一个步骤传递到另一个步骤之外,还可以让bind函数传递额外的数据。这些数据现在不会显示在源代码中,但您仍然可以从任何地方访问它,而无需手动将其传递给每个函数。(《读者》杂志)您可以这样做,以便可以替换“额外数据”。这允许您模拟破坏性更新,而无需实际执行破坏性更新。(莫纳德州及其堂弟作家莫纳德。)因为您只是在模拟破坏性更新,所以您可以轻松地完成真正的破坏性更新所无法完成的事情。例如,您可以撤消上一次更新,或恢复到旧版本。你可以制作一个可以暂停计算的monad,这样你就可以暂停你的程序,进入并修补内部状态数据,然后恢复它。您可以将“continuations”实现为monad。这可以让你打破人们的想法!

所有这些和更多的都可以通过monad实现。当然,这一切在没有单子的情况下也是完全可能的。使用monad非常简单。