IO是自由Monad吗？

Question

在Mark Seemann的博客文章和示例中，我初步了解到自由单子作为一种组织纯代码和IO代码之间边界的方式。我的基本理解是，自由单子允许您构建一个程序（抽象语法树-AST）的纯函数，然后解释器将其转换为一系列不纯的过程调用。因此，这个解释器将AST的纯操作转换为一系列单子IO操作。

我想知道这是否重复了Haskell运行时已经使用IO单子所做的事情。如果我将IO视为没有什么特别之处，而是一种常规的单子，其绑定函数>>=通过IO中的所有单子操作顺序地传递“Real World”的状态，那么这种排序本身并不提供任何计算（如在这里的优秀答案中对自由单子所解释的）。然后，我可以将所有IO操作（如getLine、writeFile等）视为自由IO单子中的操作，将Haskell运行时视为解释器。运行时通过某些底层系统调用、C FFI调用或类似方法解释每个IO操作，这显然是不纯的。

因此，在这种观点下，返回IO操作的函数只是构建了AST，然后由Haskell运行时解释。但到目前为止，一切都是纯的。在这种观点下，函数a -> IO b并不是不纯的，就像自由单子中的操作一样不纯。

这个直觉正确吗？如果不是，它的局限性在哪里？

- Ulrich Schuster

---

这里的关键区别在于，可以根据运行先前程序所产生的值来构建新程序，而不是像已知完整组合树一样（这将是一种应用，而不是单子）；它是在我们继续构建的过程中建立的，即在实际解释和运行该程序之后。 - Will Ness

@WillNess 这对于 IO 和自由单子都是正确的。 - Fyodor Soikin

只是想强调这一点。 - Will Ness

Answer 1

您的直觉是正确的：使用 IO 类型的函数确实构建了一个操作树，然后由运行时解释执行。至少从这个角度来看是这样的（也可以参考 Will Ness 的评论）。

与自由单子不同的是，它只有一个解释器。您不能选择另一个解释器，也无法自己实现解释器。

自由单子的 AST 有两个主要属性：首先是可组合性；其次是可分析性。解释器可以通过匹配其构造函数对 AST 进行分析，并相应地执行解释。 IO 单子具有第一个属性，但不具备第二个属性。如果您有一个类型为 IO String 的值，则无法确定它是通过调用 readLn、pure "foo" 或其他什么方式创建的。

- Fyodor Soikin

---

关于第二个属性，这是因为只有一个构造函数（深藏在实现的深处），像readLn这样的东西（如果你将其视为类型级函数，其种类为Type -> IO Type），pure只使用了那个构造函数吗？ - chepner

@chepner 是的，这是另一种半正确的看法：你可以说 IO 是一个自由单子，只有一个操作，它被命名为“_调用此函数_”。我认为正是所有可能的操作都表示为一个操作，使得它缺乏第二个属性。 - Fyodor Soikin