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Haskell中的IO类型是什么？

haskell
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我对Haskell编程语言很陌生，经常在函数参数或返回类型中遇到IO类型。

playGame :: Screen -> IO ()

或者

gameRunner :: IO String -> (String -> IO ()) -> Screen -> IO ()

这个是怎么工作的，我有点困惑，因为我知道String类型需要单词和Int类型需要数字。在函数中使用的IO期望或返回什么？

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也许你应该读一下像 LYAH（http://learnyouahaskell.com/input-and-output）上的 IO 教程。 - chi
3个回答
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IO是Haskell区分具有引用透明性和没有的代码的方式。 IO a是返回a的IO操作的类型。

你可以把IO操作看作一段带有对真实世界的某些影响的等待执行的代码。由于这种副作用，IO操作不是引用透明的；因此，执行顺序很重要。Haskell程序的main函数的任务是适当地序列化和执行所有的IO操作。因此，当你编写一个返回IO a的函数时，你实际上是编写了一个返回动作的函数，该动作最终 - 在被main执行时 - 执行该动作并返回一个a。

更多解释：

引用透明意味着你可以用它的值替换一个函数。引用透明的函数不能有任何副作用; 特别地，引用透明的函数不能访问任何硬件资源，如文件、网络或键盘，因为函数值会依赖于除它的参数之外的其他东西。

在像Haskell这样的函数式语言中，具有引用透明性的函数就像数学函数（定义域和值域之间的映射）一样，而不是用于计算函数值的命令序列。因此，Haskell代码告诉编译器一个函数是“应用”到它的参数上，但它并不表示函数被“调用”并实际计算。

因此，引用透明的函数不意味着执行顺序。Haskell编译器可以自由地以任何方式评估函数 - 或者根本不评估它们（称为惰性求值）。唯一的排序来自于数据依赖关系，当一个函数需要另一个函数的输出作为输入时。

现实世界的副作用不具有引用透明性。你可以把真实世界看作某种隐含的全局状态，影响性函数改变这个状态。由于这个状态，执行顺序很重要：如果你先从数据库读取再更新它，或者反过来，就会产生差异。

Haskell是一种纯函数式语言，它的所有函数都具有引用透明性，编译基于这个保证。那么，我们如何处理操作全局真实世界状态的具有效果的函数，并以特定的顺序执行它们？通过在这些函数之间引入数据依赖关系。

这正是IO所做的：在底层，IO类型将一个具有效果的函数包装在一个虚拟状态参数中。每个IO操作将此虚拟状态作为输入并提供其作为输出。从一个IO操作传递这个虚拟状态参数到下一个IO操作创建一个数据依赖，从而告诉Haskell编译器如何正确地序列化所有IO操作。

你看不到虚拟状态参数，因为它被一些语法糖隐藏起来：在main和其他IO操作中的do符号以及在IO类型内部。

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简要概括一下：
f1 :: A -> B -> C

这是一个函数，接受两个类型为A和B的参数，并返回一个C。它不执行任何IO操作。

f2 :: A -> B -> IO C

f1类似，但还可以执行IO操作。

f3 :: (A -> B) -> IO C

该函数接受一个不执行IO操作的函数A -> B作为参数，并生成一个C，可能执行IO操作。

f4 :: (A -> IO B) -> IO C

接受一个可以执行IO操作的函数 A -> IO B 作为参数，并生成可能执行IO操作的 C。

f5 :: A -> IO B -> IO C

接受类型为A的值作为参数，类型为IO B的IO操作，并返回可能执行IO（例如通过运行一个或多个IO操作参数）的C类型的值。

示例：

f6 :: IO Int -> IO Int
f6 action = do
   x1 <- action
   x2 <- action
   putStrLn "hello!"
   x3 <- action
   return (x1+x2+x3)

当一个函数返回IO ()时，它并不返回有用的值，但可以执行IO操作。类似于C或Java中返回void。您的

gameRunner :: IO String -> (String -> IO ()) -> Screen -> IO ()

该函数可使用以下参数进行调用：

arg1 :: IO String
arg1 = do
   putStrLn "hello"
   s <- readLine
   return ("here: " ++ s)

arg2 :: String -> IO ()
arg2 str = do
   putStrLn "hello"
   putStrLn str
   putStrLn "hello again"

arg3 :: Screen
arg3 = ... -- I don't know what's a Screen in your context
我正在尝试运行您的示例函数，但它失败了：f6 :: IO Int -> IO Int f6 action = do x1 <- action x2 <- action putStrLn "hello!" x3 <- action return (x1+x2+x3) - Oto-Obong Eshiett
@Oto-ObongEshiett 你怎么运行它？你传递了什么参数？尝试一下，例如 f6 (do putStrLn "hi" ; return 12)。 - chi
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让我们先尝试回答一些更简单的问题：

  • Haskell 中的 Maybe 类型是什么？

    来自Haskell 2010 Report第21章（第205页）：

    data Maybe a = Nothing | Just a

    它是一个简单的部分类型 - 你有一个值（通过 Just 传递）或者没有（Nothing）。

  • 这是如何工作的？

    让我们看一下 Maybe 的一个可能的 Monad 实例：

    instance Monad Maybe where
    return = Just
    Just x  >>= k = k x
    Nothing >>= _ = Nothing

    这个单子界面简化了基于 Maybe 构造函数的值的使用，例如：

    \f ox oy -> case ox of
              Nothing -> Nothing
              Just x  -> case oy of
                           Nothing -> Nothing
                           Just y  -> Just (f x y)

    你可以简单地写成：

    \f ox oy -> ox >>= \x -> oy >>= \y -> return (f x y)

    单子界面是广泛适用的：从解析到封装状态，等等。

  • 函数中使用的 Maybe 类型期望或返回什么？

    对于一个期望基于 Maybe 的值的函数，例如：

    maybe :: b -> (a -> b) -> Maybe a -> b
maybe _ f (Just x) = f x
maybe d _ Nothing  = d

    如果在函数中使用了它的内容，则函数可能需要处理无法使用的值，即 Nothing。

    对于返回基于 Maybe 的值的函数，例如：

    invert :: Double -> Maybe Double
invert 0.0 = Nothing
invert d   = Just (1/d)

    它只需要使用适当的构造函数。

    最后一点：观察如何使用基于 Maybe 的值 - 从简单开始（例如 invert 0.5 或 Just "here"），然后定义其他可能更复杂的基于 Maybe 的值（使用 (>>=)、(>>) 等），最终通过模式匹配直接检查，或通过适当的定义（maybe、fromJust 等）进行抽象。

原始问题的时间：

  • Haskell中的IO类型是什么？

    来自报告第6.1.7节（第75页）：

    IO类型用作与外部世界交互的操作（动作）的标记。 IO类型是抽象的：用户看不到任何构造函数。 IO是Monad和Functor类的实例。

    关键点在于：

    IO类型是抽象的：用户看不到任何构造函数。

    没有构造函数？那就引出了下一个问题：

  • 这是如何工作的？

    这就是单子接口的多功能性发挥作用的地方：Haskell中其两个关键运算符的灵活性-return和(>>=)-大大弥补了基于IO的值是抽象的这一缺陷。

    还记得关于如何使用基于Maybe的值的观察吗？好吧，基于IO的值也是以类似的方式使用的-从简单开始（例如return 1、getChar或putStrLn "Hello, there!"），然后使用(>>=)、(>>)、catch等定义其他基于IO的值，最终形成Main.main。

    但是，与模式匹配或调用另一个函数来提取其内容不同，Main.main直接由Haskell实现处理。

  • 函数中使用的IO期望什么或返回什么？

    对于期望基于IO的值的函数，例如：

    echo :: IO ()
echo :: getChar >>= \c -> if c == '\n'
                          then return ()
                          else putChar c >> echo

    如果在函数中使用了它的内容，则该函数通常返回基于IO的值。

    对于返回基于IO的值的函数，例如：

    newLine :: IO ()
newLine  = putChar '\n'

    它只需要使用适当的定义即可。

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