评估和执行IO操作的区别：何时会导致Haskell执行IO操作？

Question

Haskell使用什么机制来决定调用以下4个操作？

main :: IO ()
main = getLine >>= putStrLn >> getLine >>= putStrLn

最初我认为这与惰性求值有关，但是...从《Real World Haskell》开始，涉及IO操作时，它们在执行时会产生效果，但在评估时不会产生效果。

执行IO操作时会产生效果，但在评估时不会产生效果

因此，我怀疑这是一种与系统想要“评估”main不同的机制。这是什么机制？或者如果这是评估，Haskell“希望”评估什么导致它执行行动链？

- Michal Charemza

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相关的，但可能不是重复的问题：https://dev59.com/2Ww15IYBdhLWcg3wYasx - jkeuhlen

相关链接：新手入门：理解main和IO() - duplode

可能相关：https://dev59.com/PJ7ha4cB1Zd3GeqPkH_r. - atravers

Answer 1

作为第一次近似，Haskell程序中唯一的评估来源是main。这意味着：

• IO操作可以通过>>=、>>、<*>、fmap等组合和组合形成任何其他IO操作，但
• 只有main IO操作将产生效果。

从某种意义上说，Haskell程序所做的就是运行main :: IO ()。要对任何内容进行评估，它必须挡在运行IO操作的路上（这就是懒惰性的作用）。这引出了一个问题：实际运行IO操作是什么意思？

在底层，IO最终的行为类似于一个（严格的）State单子，其中穿过它一个RealWorld状态（不包含任何信息——它象征着副作用对世界所包含的状态），因此“运行”IO（有点等同于State RealWorld）就像调用runState。自然地，该runState仅能对任何程序运行一次——这正是main所做的事情（也是使其神奇的原因）！

- Alec

Answer 2

似乎很奇怪，但运行IO操作实际上超出了普通的Haskell语言范畴!¹ Haskell内置库提供了"基本"IO操作，如getLine :: IO String，返回IO操作的函数，如putStrLn :: String -> IO ()，以及通过其他IO操作构建IO操作的方法（主要是通过提供Monad接口来完成的，因此任何适用于任何monad的代码（如Control.Monad中的所有内容）都是处理IO的方式）。所有这些都是纯粹和惰性的，就像非IO的Haskell代码一样。对于IO而言，“执行IO操作不会产生效果”是在说IO操作并不实际执行；它只是从其他IO操作构建新的IO动作。"apple" ++ "banana"这样类型为String的值可以由未计算的thunk表示；当它被计算为"applebanana"时，它仍然代表完全相同的值，系统只是将其记录为存储在内存中的数据，而不是指向某个可以运行它的代码的指针¹. 同样，putStrLn "apple" >> putStrLn "banana"这样类型为IO ()的值也可以由未计算的thunk表示，当它被计算时，这只意味着系统现在用数据结构代替代码指针来运行（纯、惰性）函数>>。但是我们只谈到了IO操作在内存中的表示，还没有讨论实际运行它们以产生某些副作用的问题。事实上，Haskell没有任何语言特性涉及如何执行IO操作。运行时系统“只知道”如何从Main模块执行main IO操作³。Haskell语言无法说明如何或是否执行；这都由提供Haskell的系统（GHC或另一个Haskell系统）处理。Haskell语言唯一提供的选项就是将main定义为一个Haskell动作；将IO操作作为main定义的一部分进行合并后，这些IO操作将得到运行。

¹ 我们在这里讨论时将假装像unsafePerformIO这样的东西不存在。正如其名称所示，它是故意违反正常规则的。它也不旨在将“执行IO操作”作为Haskell语言的正常部分引入，只用于在呈现“正常Haskell”接口的某些内容的内部使用。

² 通常情况下，这种情况仅部分发生：只有基本类型（如Int）是“全部或无”的评估。大多数可以部分地评估为包含更深层次的惰性求值结构的数据结构（可能会稍后被评估）。

³ 或者GHCi“知道”如何执行您在其提示符下输入的IO操作。

- Ben

Answer 3

根据https://wiki.haskell.org/IO_inside#Welcome_to_the_RealWorld.2C_baby，有一个代表真实世界的“假”类型RealWorld，而IO(a)实际上是一个函数。

type IO a  =  RealWorld -> (a, RealWorld)

所以，正如您在其他语言中预期的那样，main实际上是一个函数

main :: RealWorld -> ((), RealWorld)

当程序运行时，该函数被调用。因此，为了评估最终输出，即类型为((), RealWorld)的值，Haskell需要获取RealWorld组件的值，为了做到这一点，它必须运行main函数。注意：是运行时引起该函数运行。在Haskell中没有办法触发执行该函数。

在这种情况下

main = getLine >>= putStrLn >> getLine >>= putStrLn

每个操作实际上都是函数，为了计算最终putStrLn输出的RealWorld值，需要运行它以及所有导致它的操作。

因此，它是惰性求值，但是针对隐藏的RealWorld值。

- Michal Charemza

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"RealWorld"是假的。我不知道Haskell会这么哲学化。 - luqui