Як працює монада ST?

Я розумію, що монада ST - це щось на зразок маленького брата IO, який, у свою чергу, є державною монадою з доданою RealWorldмагією. Я можу уявити собі стан , і я можу уявити , що RealWorld який - то чином ввести в IO, але кожен раз , коли я пишу тип підпис з ST монади плутає мене.STs

Візьмемо, наприклад, ST s (STArray s a b). Як sтам працює? Чи він просто використовується для створення якоїсь штучної залежності даних між обчисленнями, не маючи змоги посилатися на них як на стани в монаді штатів (завдяки forall)?

Я просто викидаю ідеї і справді був би вдячний комусь більш обізнаному, ніж я, щоб пояснити мені це.

sЗберігає об'єкти всередині STмонади від витоку назовні з STмонади.

-- This is an error... but let's pretend for a moment...
let a = runST $ newSTRef (15 :: Int)
    b = runST $ writeSTRef a 20
    c = runST $ readSTRef a
in b `seq` c

Добре, це помилка типу (що добре! Ми не хочемо STRefвитікати за межі початкового обчислення!). Це помилка типу через додаткове s. Пам'ятайте, що runSTмає підпис:

runST :: (forall s . ST s a) -> a

Це означає, що sобчислення, яке ви запускаєте, не повинно мати обмежень на нього. Отже, коли ви намагаєтесь оцінити a:

a = runST (newSTRef (15 :: Int) :: forall s. ST s (STRef s Int))

Результат мав би тип STRef s Int, що є неправильним, оскільки s"втекло" за межі forallвходу runST. Змінні типу завжди повинні відображатися всередині a forall, а Haskell дозволяє неявні forallквантори скрізь. Просто немає правила, яке дозволяє вам змістовно з’ясувати тип повернення a.

Ще один приклад з forall: Щоб наочно показати, чому ви не можете дозволити речам уникнути forall, ось простіший приклад:

f :: (forall a. [a] -> b) -> Bool -> b
f g flag =
  if flag
  then g "abcd"
  else g [1,2]

> :t f length
f length :: Bool -> Int

> :t f id
-- error --

Звичайно f id, це помилка, оскільки вона повертає або список, Charабо список Intзалежно від того, логічне значення є істинним чи хибним. Це просто неправильно, як і приклад з ST.

З іншого боку, якщо у вас не було sпараметра type, то все перевірятиме тип просто чудово, хоча код, очевидно, досить неправдивий.

Як насправді працює ST: з точки STзору реалізації, монада насправді така ж, як IOмонада, але з дещо іншим інтерфейсом. Коли ви використовуєте STмонаду, яку фактично отримуєте, unsafePerformIOабо її еквівалент, за лаштунками. Причиною того, що ви можете зробити це безпечно, є STтипова підпис усіх пов'язаних функцій, особливо частини з forall.

Це sлише хакерство, яке змушує систему шрифтів зупиняти вас у справах, які були б небезпечними. Він нічого не "робить" під час виконання; він просто змушує перевірку типу відкидати програми, які роблять сумнівні речі. (Це так званий фантомний тип , річ, яка існує лише в голові перевірки типу, і нічого не впливає на час виконання.)