纯函数中的IO操作是什么意思？

Question

我曾经认为在Haskell的类型系统中，纯函数无法调用不纯函数（例如 f :: a -> IO b），但今天我意识到，通过使用return 调用它们，这样做是可以编译通过的。在这个例子中：

h :: Maybe ()
h = do
    return $ putStrLn "???"
    return ()

h 在 Maybe 函子中工作，但它仍然是一个纯函数。编译和运行它只会返回 Just ()，就像人们所期望的那样，而不实际执行任何 I/O 操作。我认为 Haskell 的惰性将这些东西放在一起（即 putStrLn 的返回值未被使用 - 由于其值构造函数已隐藏且无法模式匹配，请问）, 但为什么这段代码是合法的？是否有其他原因使其被允许？

额外问题：通常来说，在一个函子中禁止另一个函子执行操作是否可能，如何实现？

- Riccardo T.

Answer 1

IO操作和其他任何一种值一样，这就是使Haskell的IO如此表达力的原因，允许您从头开始构建高阶控制结构(例如mapM_)。这里与惰性无关，只是您实际上没有执行该操作。你只是构造了值Just (putStrLn"???")，然后将其丢弃。

putStrLn"???"存在并不会导致屏幕上打印出一行文字。单独的putStrLn"???"只是对可以执行打印一行文字这个IO操作的描述。唯一发生的执行是执行您从其他IO操作构建的main，或者您在GHCi中键入的任何操作。有关更多信息，请参见IO介绍。

确实，您可能希望在Maybe内部处理IO操作；想象一个函数String -> Maybe (IO ())，它检查字符串是否有效，如果有效，则返回执行打印一些字符串派生信息的IO操作。这正是由于Haskell的IO操作是第一类对象，所以这种情况是可行的。

但是，除非您赋予其能力，否则单个monad无法执行另一个monad的操作。

¹的确，h = putStrLn "???" `seq` return ()也不会执行任何IO操作，即使它强制评估putStrLn"???"。

- ehird

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我如何赋予一个单子执行另一个单子的能力，然后通过赋予它针对其包含的值进行模式匹配的可能性？ - Riccardo T.

通过编写将一个monad转换为另一个monad的方法，或执行某些操作。例如，Control.Monad.ST.stToIO 可以将 ST 计算转换为 IO 计算。 - Louis Wasserman

感谢“只是io的描述”的解释。这让我对io的疑惑有了答案，甚至不需要关心单子。 - masterxilo

谢谢您的回答。我在想像 f :: (Int -> IO ()) -> Int 这样的函数会发生什么。 - funct7

Answer 2

让我们进行去糖化操作！

h = do return (putStrLn "???"); return ()
-- rewrite (do foo; bar) as (foo >> do bar)
h = return (putStrLn "???") >> do return ()
-- redundant do
h = return (putStrLn "???") >> return ()
-- return for Maybe = Just
h = Just (putStrLn "???") >> Just ()
-- replace (foo >> bar) with its definition, (foo >>= (\_ -> bar))
h = Just (putStrLn "???") >>= (\_ -> Just ())

现在，当您评估h时会发生什么？对于Maybe来说，

(Just x) >>= f = f x
Nothing  >>= f = Nothing

所以我们对第一个情况进行模式匹配。

f x
-- x = (putStrLn "???"), f = (\_ -> Just ())
(\_ -> Just ()) (putStrLn "???")
-- apply the argument and ignore it
Just ()

请注意，我们无需执行putStrLn "???"就能评估此表达式。

*注意，在“语法糖”的哪个点停止并开始“评估”有些不清楚。这取决于编译器的内联决策。纯计算可以完全在编译时评估。

- Dan Burton

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感谢您进行解糖操作。对于新手来说非常有用。我不明白为什么这么多教程都从语法糖开始讲解。先吃正餐，再享受甜点。 - masterxilo