为什么 kleisli 组合期望一个纯值?

Why does kleisli composition expect a pure value?

这是 kleisli 组合的常见实现:

kleisli :: Monad m => (a -> m b) -> (b -> m c) -> a -> m c
kleisli = \f g x -> f x >>= g

为什么它不期望 monadic 上下文中的值呢?我相信这是有充分理由的。就是没看到。

kleisli' :: Monad m => (a -> m b) -> (b -> m c) -> m a -> m c
kleisli' = \f g x -> x >>= f >>= g

该类型似乎更易于组合,return 可用于我们在调用站点上只有纯值的情况。

ab 的 Kleisli 箭头定义为函数 a -> m b。让我们将其标记为 a ~> b(假定为 m)。组成两个这样的箭头是什么意思?它应该有这种类型:

(<=<) :: (b ~> c) -> (a ~> b) -> (a ~> c)

现在,如果我们展开它:

(<=<) :: (b -> m c) -> (a -> m b) -> (a -> m c)

好了。看起来你看的是翻转版(>=>),其实是一样的。

这些运算符在 Control.Monad 中定义。

标准库中还有Kleisli arrows更正式的定义

newtype Kleisli m a b = Kleisli { runKleisli :: a -> m b }

它带有一个 Category 实例,该实例将此组合实现为 (.) 运算符(但您必须使用新类型包装)。

Kleisli 组合实际上是回答常见问题的最简单方法之一:monad 有什么用?

我们可以用普通函数做的最有用的事情之一就是组合它们。给定 f :: a -> bg :: b -> c,我们可以先对结果执行 f 然后 g,得到 g . f :: a -> c.

这太棒了,只要我们只需要使用 "ordinary" 函数即可。但是一旦我们开始在 "real world" 中编程,如果我们希望我们的语言保持纯粹和引用透明,我们很可能会 运行 陷入无法继续使用此类功能的情况。事实上,在这种情况下,其他比 Haskell 原则性更差的语言会放弃任何纯洁的伪装。考虑这些日常情况:

  • 我们的函数 f 有时可能无法 return 一个值。在许多其他语言中,这将由 returning null 表示,但您不能将其输入 g。 (您当然可以调整 g 以应对 null 输入,但这很快就会重复。)

在 Haskell 中我们没有 null,我们有 Maybe 类型构造函数来明确表示可能没有值。这意味着 f 需要类型 a -> Maybe b。出于同样的原因,g 将具有类型 b -> Maybe c。但是在这样做的过程中,我们失去了组合这两个函数的能力,因为我们不能直接将类型 Maybe b 的值提供给需要类型 b.

输入的函数
  • f 的结果可能取决于某些副作用(例如来自用户的输入,或数据库查询的结果)。这在非纯语言中没有问题,但在 Haskell 中,为了保持纯洁性,我们必须以类型 a -> IO b 的函数形式实现它。再一次,g 将以相同的形式结束,b -> IO c,我们已经失去了天真地组合这两个函数的能力。

我相信你能看到这是怎么回事。在这两种情况下(并且可以很容易地提供更多,每个 monad 一个)我们不得不用 a -> m b 类型之一替换 a -> b 类型的简单函数,以解释特定类型的 "side effect" - 或者,如果您愿意,某种特定类型的 "context" 适用于函数结果。在这样做的过程中,我们失去了在 "side effect free" 世界中拥有的组合两个函数的能力。

monad 的真正作用是克服这一点,让我们为这种 "impure functions" 恢复一种组合形式。这当然正是 Kleisli 组合给我们的,一个 a -> m b 形式的函数组合,它完全满足我们期望的函数组合的属性(即结合性,以及每个类型上的 "identity function",这里是 return :: a -> m a).

你对 "not-quite-composition" 类型 (a -> m b) -> (b -> m c) -> (m a -> m c) 的建议通常不会有用,因为当单子值出现的主要方式时,结果函数需要一个单子值作为其输入实际上是 outputs。不过,您仍然可以在需要时执行此操作,只需采用 "proper" Kleisli 组合,并通过 >>= 将 monadic 值提供给它。