如何设计monadic堆栈？

Question

如何设计和构建monadic堆栈？我第一次需要构建一个monadic堆栈（使用变换器）来解决现实世界的问题，但我并不完全确定在哪个 order 中堆叠变换器。正如您所知，只要计算具有类* -> *，基本上任何东西都可以在变换器中扮演内部monad的角色，因此有几个问题：

• 某个特定的变压器应该位于堆栈的顶部（例如ReaderT？WriterT？）
• 什么应该驱动设计？直觉？类型？ （例如，根据API的需要调整堆栈）
• 每个堆栈是否彼此同形（在某种程度上）或者可能是，如果我错误地构建堆栈，我可能最终无法使用某些底层monad或者有一个大的混乱{ {1}}？我的直觉是，如果变形金刚得到一些实例（例如MonadReader，MonadIO等，就像lift . lift . liftIO [...]中的大多数变换器一样），那么放置变换器的顺序并不重要。

我有兴趣听取经验丰富的Haskellers关于最佳实践或经验法则的意见。

mtl

一个。

Answer 1

需要经验。要记住的一点是，monad变换器对它正在变换的monad一无所知，所以外层变换器被内部行为“绑定”。所以

StateT s (ListT m) a

首先是因为内部monad而不确定的计算。然后，正常地采取非确定性，你可以添加状态 - 即非确定性的每个“分支”都有自己的状态。

与ListT (StateT s m) a约束，它主要是有状态的 - 即整个计算只有一个状态（模m），并且计算将在状态中扮演“单线程”状态，因为那是State的意思。非确定性将是最重要的 - 所以分支将能够观察先前失败的分支的状态变化。 （在这个特殊的组合中，这真的很奇怪，我从来不需要它。）

以下是Dan Piponi的diagram，它提供了一些有用的直觉：

我还发现扩展到实现类型很有帮助，让我感觉它是什么样的计算。 ListT难以扩展，但您可以将其视为“非确定性”，StateT很容易扩展。所以对于上面的例子，我会看看

StateT s (ListT m) a =~ s -> ListT m (a,s)

即。它需要一个传入状态，并返回许多传出状态。这可以让您了解它是如何工作的。类似的方法是查看堆栈所需的run函数的类型 - 这是否与您拥有的信息和所需信息相匹配？

以下是一些经验法则。它们无法代替花时间通过扩展和观察找出你真正需要的那个，但如果你只是想要在一种强制意义上寻找“添加功能”，那么这可能会有所帮助。

ReaderT，WriterT和StateT是最常见的变形金刚。首先，他们都互相通勤，所以你把它们放在哪个顺序是无关紧要的（如果你使用全部三个，请考虑使用RWS）。另外，在实践中，我通常在外面想要这些变体，内部有ListT，LogicT和ContT等“更丰富”的变形金刚。

ErrorT和MaybeT通常在上述三个之外;让我们看一下MaybeT与StateT的互动方式：

MaybeT (StateT s m) a =~ StateT s m (Maybe a) =~ s -> m (Maybe a, s)
StateT s (MaybeT m) a =~ s -> MaybeT m (a,s) =~ s -> m (Maybe (a,s))

当MaybeT位于外部时，即使计算失败，也可以观察到状态变化。当MaybeT位于内部时，如果计算失败，则不会出现状态，因此必须中止在失败计算中发生的任何状态更改。你想要哪一个取决于你想要做什么 - 然而，前者对应于命令式程序员的直觉。 （并不是说这是必须要努力的事情）

我希望这能让您了解如何考虑变换器堆栈，因此您可以使用更多工具来分析堆栈的外观。如果你将问题确定为monadic计算，那么让monad成为正确的决定是最重要的决定之一，而且并不总是那么容易。花点时间探索各种可能性。

Answer 2

这是一个非常广泛的问题。我只想给你一些基本的想法。

首先，我建议尽可能保持基础monad多态。这将允许您在纯设置和IO设置中重用代码。这也将使您的代码更具组合性。使用像MonadIO这样的各种类也可以帮助保持代码更加多态，这通常是一件好事。

需要注意的一件重要事情是，monad变换器的顺序实际上控制了它们的语义。我最喜欢的例子是将ListT¹与EitherT结合起来进行错误处理。如果外部有ListT，则整个计算可能会失败并显示错误。如果外部有EitherT，则每个分支都可能单独失败。因此，只需改变变换器的顺序，就可以实际控制错误与非确定性相互作用的方式！

如果您使用的monad变压器不依赖于订单 - 例如。我认为，将ReaderT和WriterT结合起来并不重要 - 然后只需用耳朵播放，然后选择最适合您应用的内容。这种选择随着经验变得更容易。

¹：来自ListT的{​​{1}}有一些问题，所以假设它是ListT done right。