Haskell IO Monad和内存使用

Question

我可能没有完全理解IO Monad。

如果我编写一个预计运行数月并记录其进度的应用程序，IO Monad是否会将所有日志信息保存在RAM中直到结束？

根据IO Inside博客上的内容，Haskell将世界建模为

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

为了避免在Haskell代码执行期间发生IO操作，而只在应用程序从main函数返回时进行IO操作。

我可能完全误解了这一点。有人能解释一下Haskell何时实际进行IO操作吗？

- Ralph

Answer 1

IO单子会一直将所有日志信息保存在内存中直到结束吗？

不是的。你不应该认为"IO单子"是执行操作的东西。它只是一种表示命令式程序的数学方式。原始的命令式程序是像getChar这样的东西；>>=用于将两个程序粘合成一个更大的命令式程序。IO单子是所有命令式程序的集合。

考虑这样一个程序：

main = putStr "Hello, " >> putStrLn "world!"

这意味着：main是一个程序，它执行程序putStr"Hello,"，当它完成时，执行程序putStrLn"world!"。Haskell解释器或已编译程序除了指令指针外不需要在内存中保留任何状态，“我们在哪里以及下一步要执行什么”。

RealWorld -> ((), RealWorld)这个比喻可能会让你感到困惑，因为它似乎暗示将外部世界的状态转换为必须完全计算的新状态，然后才能更新世界以反映计算出的状态。但事实并非如此。Haskell维基对此发出了警告：

关于IO的以下故事是错误的，因为它实际上无法解释一些重要方面的IO（包括交互和并发）。

- Fred Foo

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感谢您的详细解释。我已经阅读了《学习 Haskell》（目前正在第二遍阅读单子部分），并开始阅读《实际 Haskell》。除非我错过了什么，否则它们都没有明确说明 IO 是立即发生的，而是像其他单子一样“累积”到最后。我想我需要查看编译器的汇编语言输出来说服自己 :-). - Ralph

RealWorld -> ((), RealWorld) 这个比喻确实似乎暗示了变换以纯粹的形式发生，并且只在最后完全被发出。我猜 IO 操作的基础实现实际上是“按需”发生的。 - Ralph

理解 IO Monad 的关键在于它累积的是“程序”，而非实际的输入和输出。很多 Haskell 教程都没有很好地解释这一点。 - Fred Foo

以这种方式考虑 RealWorld -> ((), RealWorld) 不能很好地解释 forever (putStrLn "hello!") 的工作原理（它确实可以工作，这表明 IO 没有在任何地方累积）。 - Ben Millwood

"IO单子是所有命令式程序的集合" - 这是一个非常有趣的表述方式。 - Dan Burton

Answer 2

IO单子会一直将日志信息保存在RAM中直到最后吗？

不会。假设您正在使用明智的日志记录策略。

Haskell在程序要求结果时执行IO操作；对于大多数操作，这是立即发生的。（唯一的例外是延迟文件输入库，在这种情况下，文件可能不会被读取直到数据被程序使用）。

- Don Stewart