Миран Липовача - Изучай Haskell во имя добра!

isBigGang :: Int –> Bool

isBigGang x = x > 9

Ну а что если теперь вместо возвращения значения True или False мы хотим, чтобы функция также возвращала строку журнала, которая сообщает, что она сделала? Что ж, мы просто создаём эту строку и возвращаем её наряду с нашим значением Bool:

isBigGang :: Int –> (Bool, String)

isBigGang x = (x > 9, "Размер банды сравнён с 9.")

Так что теперь вместо того, чтобы просто вернуть значение типа Bool, мы возвращаем кортеж, первым компонентом которого является само значение, а вторым компонентом – строка, сопутствующая этому значению. Теперь у нашего значения появился некоторый добавленный контекст. Давайте опробуем функцию:

ghci> isBigGang 3

(False,"Размер банды сравнён с 9.")

ghci> isBigGang 30

(True,"Размер банды сравнён с 9.")

Пока всё нормально. Функция isBigGang принимает нормальное значение и возвращает значение с контекстом. Как мы только что увидели, передача ей нормального значения не составляет сложности. Теперь предположим, что у нас уже есть значение, у которого имеется журнальная запись, присоединённая к нему – такая как (3, "Небольшая банда.") – и мы хотим передать его функции isBigGang. Похоже, перед нами снова встаёт вопрос: если у нас есть функция, которая принимает нормальное значение и возвращает значение с контекстом, как нам взять нормальное значение с контекстом и передать его функции?

Исследуя монаду Maybe, мы создали функцию applyMaybe, которая принимала значение типа Maybe a и функцию типа a –> Maybe b и передавала это значение Maybe a в функцию, даже если функция принимает нормальное значение типа a вместо Maybe a. Она делала это, следя за контекстом, имеющимся у значений типа Maybe a, который означает, что эти значения могут быть значениями с неуспехом вычислений. Но внутри функции типа a –> Maybe b мы могли обрабатывать это значение как нормальное, потому что applyMaybe (которая позже стала функцией >>=) проверяла, являлось ли оно значением Nothing либо значением Just.

В том же духе давайте создадим функцию, которая принимает значение с присоединённым журналом, то есть значением типа (a,String), и функцию типа a –> (b,String), и передаёт это значение в функцию. Мы назовём её applyLog. Однако поскольку значение типа (a,String) не несёт с собой контекст возможной неудачи, но несёт контекст добавочного значения журнала, функция applyLog будет обеспечивать сохранность первоначального значения журнала, объединяя его со значением журнала, возвращаемого функцией. Вот реализация этой функции:

applyLog :: (a,String) –> (a –> (b,String)) –> (b,String)

applyLog (x,log) f = let (y,newLog) = f x in (y,log ++ newLog)

Когда у нас есть значение с контекстом и мы хотим передать его функции, то мы обычно пытаемся отделить фактическое значение от контекста, затем пытаемся применить функцию к этому значению, а потом смотрим, сбережён ли контекст. В монаде Maybe мы проверяли, было ли значение равно Just x, и если было, мы брали это значение x и применяли к нему функцию. В данном случае очень просто определить фактическое значение, потому что мы имеем дело с парой, где один компонент является значением, а второй – журналом. Так что сначала мы просто берём значение, то есть x, и применяем к нему функцию f. Мы получаем пару (y,newLog), где y является новым результатом, а newLog – новым журналом. Но если мы вернули это в качестве результата, прежнее значение журнала не было бы включено в результат, так что мы возвращаем пару (y,log ++ newLog). Мы используем операцию конкатенации ++, чтобы добавить новый журнал к прежнему.

Вот функция applyLog в действии:

ghci> (3, "Небольшая банда.") `applyLog` isBigGang

(False,"Небольшая банда.Размер банды сравнён с 9.")

ghci> (30, "Бешеный взвод.") `applyLog` isBigGang

(True,"Бешеный взвод.Размер банды сравнён с 9.")

Результаты аналогичны предшествующим, только теперь количеству бандитов сопутствует журнал, который включён в окончательный журнал.

Вот ещё несколько примеров использования applyLog:

ghci> ("Тобин","Вне закона.") `applyLog` (x –> (length x "Длина."))

(5,"Вне закона.Длина.")

ghci> ("Котопёс","Вне закона.") `applyLog` (x –> (length x "Длина."))

(7,"Вне закона.Длина.")

Смотрите, как внутри анонимной функции образец x является просто нормальной строкой, а не кортежем, и как функция applyLog заботится о добавлении записей журнала.

Моноиды приходят на помощь

Убедитесь, что вы на данный момент знаете, что такое моноиды!

Прямо сейчас функция applyLog принимает значения типа (a,String), но есть ли смысл в том, чтобы тип журнала был String? Он использует операцию ++ для добавления записей журнала – не будет ли это работать и в отношении любого типа списков, не только списка символов? Конечно же, будет! Мы можем пойти дальше и изменить тип этой функции на следующий:

applyLog :: (a,[c]) –> (a –> (b,[c])) –> (b,[c])

Теперь журнал является списком. Тип значений, содержащихся в списке, должен быть одинаковым как для изначального списка, так и для списка, который возвращает функция; в противном случае мы не смогли бы использовать операцию ++ для «склеивания» их друг с другом.

Сработало бы это для строк байтов? Нет причины, по которой это не сработало бы! Однако тип, который у нас имеется, работает только со списками. Похоже, что нам пришлось бы создать ещё одну функцию applyLog для строк байтов. Но подождите! И списки, и строки байтов являются моноидами. По существу, те и другие являются экземплярами класса типов Monoid, а это значит, что они реализуют функцию mappend. Как для списков, так и для строк байтов функция mappend производит конкатенацию. Смотрите:

ghci> [1,2,3] `mappend` [4,5,6]

[1,2,3,4,5,6]

ghci> B.pack [99,104,105] `mappend` B.pack [104,117,97,104,117,97]

Chunk "chi" (Chunk "huahua" Empty)

Круто! Теперь наша функция applyLog может работать для любого моноида. Мы должны изменить тип, чтобы отразить это, а также реализацию, потому что следует заменить вызов операции ++ вызовом функции mappend:

applyLog :: (Monoid m) => (a,m) –> (a –> (b,m)) –> (b,m)

applyLog (x,log) f = let (y,newLog) = f x

                     in (y,log `mappend` newLog)

Поскольку сопутствующее значение теперь может быть любым моноидным значением, нам больше не нужно думать о кортеже как о значении и журнале, но мы можем думать о нём как о значении с сопутствующим моноидным значением. Например, у нас может быть кортеж, в котором есть имя предмета и цена предмета в виде моноидного значения. Мы просто используем определение типа newtype Sum, чтобы быть уверенными, что цены добавляются, пока мы работаем с предметами. Вот функция, которая добавляет напиток к обеду какого-то ковбоя:

import Data.Monoid

type Food = String

type Price = Sum Int

addDrink :: Food –> (Food,Price)

addDrink "бобы" = ("молоко", Sum 25)

addDrink "вяленое мясо" = ("виски", Sum 99)

addDrink _ = ("пиво", Sum 30)

Мы используем строки для представления продуктов и тип Int в обёртке типа newtype Sum для отслеживания того, сколько центов стоит тот или иной продукт. Просто напомню: выполнение функции mappend для значений типа Sum возвращает сумму обёрнутых значений.

ghci> Sum 3 `mappend` Sum 9

Sum {getSum = 12}

Функция addDrink довольно проста. Если мы едим бобы, она возвращает "молоко" вместе с Sum 25; таким образом, 25 центов завёрнуты в конструктор Sum. Если мы едим вяленое мясо, то пьём виски, а если едим что-то другое – пьём пиво. Обычное применение этой функции к продукту сейчас было бы не слишком интересно, а вот использование функции applyLog для передачи продукта с указанием цены в саму функцию представляет интерес:

ghci> ("бобы", Sum 10) `applyLog` addDrink

("молоко",Sum {getSum = 35})

ghci> ("вяленое мясо", Sum 25) `applyLog` addDrink

("виски",Sum {getSum = 124})

ghci> ("собачатина", Sum 5) `applyLog` addDrink

("пиво",Sum {getSum = 35})

Молоко стоит 25 центов, но если мы заедаем его бобами за 10 центов, это обходится нам в 35 центов. Теперь ясно, почему присоединённое значение не всегда должно быть журналом – оно может быть любым моноидным значением, и то, как эти два значения объединяются, зависит от моноида. Когда мы производили записи в журнал, они присоединялись в конец, но теперь происходит сложение чисел.

Поскольку значение, возвращаемое функцией addDrink, является кортежем типа (Food,Price), мы можем передать этот результат функции addDrink ещё раз, чтобы функция сообщила нам, какой напиток будет подан в сопровождение к блюду и сколько это нам будет стоить. Давайте попробуем: