哈斯克尔：地图运行ST

Question

我有一个类型的绑定 [ST s (Int, [Int])] 我正在尝试申请 runST 使用映射到每个元素，如下所示：

name :: [ST s (Int, [Int])] --Of Course there is a real value here
map runST name

这给了我一条错误消息

Couldn't match expected type `forall s. ST s b0'
    with actual type `ST s0 (Int, [Int])'
Expected type: [forall s. ST s b0]
  Actual type: [ST s0 (Int, [Int])]
In the second argument of `map', namely `name'
In the expression: map runST name

一定是我有什么误会。我知道 runST和函数组成, ，但我不确定这是否适用。

感谢大家的时间！

Answer 1

每次运行状态转换器时 runST, ，它在与所有其他状态转换器分离的某个本地状态上运行。 runST 创建一个 新的 状态类型并用该类型调用其参数。因此，例如，如果您执行

let x = runST (return ())
    y = runST (return ())
in (x, y)

然后是第一个 return () 第二个 return () 将有不同的类型： ST s1 () 和 ST s2 (), ，对于一些未知类型 s1 和 s2 是由创建的 runST.

您正在尝试致电 runST 具有状态类型的参数 s. 。这不是状态类型 runST 创建，也不是您可以选择的任何其他类型。打电话 runST, ，你必须传递一个可以有的参数 任何 状态类型。这是一个例子：

r1 :: forall s. ST s ()
r1 = return ()

因为 r1 是多态的，它的状态可以有任何类型，包括选择的任何类型 runST. 。你可以映射 runST 在多态列表上 r1s（与 -XImpredicativeTypes):

map runST ([r1, r1] :: [forall t. ST t ()])

但是，您无法映射 runST 在非多态列表上 r1s。

map runST ([r1, r1] :: forall t. [ST t ()]) -- Not polymorphic enough

方式 forall t. [ST t ()] 表示所有列表元素都有状态类型 t. 。但它们都需要有独立的状态类型，因为 runST 每一个都被调用。这就是错误消息的含义。

如果可以为所有列表元素提供相同的状态，那么您可以调用 runST 一次如下所示。不需要显式类型签名。

runST (sequence ([r1, r1] :: forall t. [ST t ()]))

Answer 2

你的 name 多态性还不够。你的陈述

name :: [ST s (Int, [Int])]

表示“返回 (Int, [Int]) 的有状态计算列表，其中有 一模一样 s'。但要看类型 runST:

runST :: (forall s. ST s a) -> a

这种类型意味着“一个进行有状态计算的函数，其中 s 可以是你能想象到的任何东西'。这些类型的计算不是一回事。最后：

map runST :: [forall s. ST s a] -> [a]

您会看到，您的列表应该包含比现在更多的多态值。 s 列表中每个元素的类型可能不同，它可能与列表中的类型不同 name. 。更改类型签名 name, ，一切都应该没问题。它可能需要启用一些扩展，但 GHC 应该能够告诉您哪些扩展。

Answer 3

我将尝试解释原因 runST的类型：

runST :: (forall s. ST s a) -> a

为什么它不像这么简单：

alternativeRunST :: ST s a -> a

请注意，这 alternativeRunST 会为你的程序工作。

alternativeRunST 也将允许我们从 ST 单子：

leakyVar :: STRef s Int
leakyVar = alternativeRunST (newSTRef 0)

evilFunction :: Int -> Int
evilFunction x =
  alternativeRunST $ do
    val <- readSTRef leakyVar
    writeSTRef leakyVar (val+1)
    return (val + x)

然后你可以进入 ghci 并执行以下操作：

>>> map evilFunction [7,7,7]
[7,8,9]

evilFunction 不是参照透明的！

顺便说一句，要亲自尝试一下，这里是运行上面代码所需的“坏 ST”框架：

{-# LANGUAGE GeneralizedNewtypeDeriving #-}
import Control.Monad
import Data.IORef
import System.IO.Unsafe
newtype ST s a = ST { unST :: IO a } deriving Monad
newtype STRef s a = STRef { unSTRef :: IORef a }
alternativeRunST :: ST s a -> a
alternativeRunST = unsafePerformIO . unST
newSTRef :: a -> ST s (STRef s a)
newSTRef = ST . liftM STRef . newIORef
readSTRef :: STRef s a -> ST s a
readSTRef = ST . readIORef . unSTRef
writeSTRef :: STRef s a -> a -> ST s ()
writeSTRef ref = ST . writeIORef (unSTRef ref)

真实的 runST 不允许我们构造这样的“邪恶”函数。它是如何做到的？有点棘手，请看下面：

尝试运行：

>>> runST (newSTRef "Hi")
error:
    Couldn't match type `a' with `STRef s [Char]'
...

>>> :t runST
runST :: (forall s. ST s a) -> a
>>> :t newSTRef "Hi"
newSTRef "Hi" :: ST s (STRef s [Char])

newSTRef "Hi" 不适合 (forall s. ST s a). 。从一个更简单的例子中也可以看出，GHC 给了我们一个非常好的错误：

dontEvenRunST :: (forall s. ST s a) -> Int
dontEvenRunST = const 0

>>> dontEvenRunST (newSTRef "Hi")
<interactive>:14:1:
    Couldn't match type `a0' with `STRef s [Char]'
      because type variable `s' would escape its scope

请注意，我们还可以写

dontEvenRunST :: forall a. (forall s. ST s a) -> Int

并且相当于省略了 forall a. 正如我们之前所做的那样。

请注意，范围 a 大于 s, ，但在情况下 newSTRef "Hi" 它的价值应该取决于 s. 。类型系统不允许这样做。