如何在 Haskell 中以隐藏方式初始化状态（就像 PRNG 那样）？

Question

我浏览了一些关于 State monad 的教程，我想我明白了。

例如，如 这个不错的教程：

import Data.Word

type LCGState = Word32

lcg :: LCGState -> (Integer, LCGState)
lcg s0 = (output, s1) 
  where s1 = 1103515245 * s0 + 12345
        output = fromIntegral s1 * 2^16 `div` 2^32


getRandom :: State LCGState Integer
getRandom = get >>= \s0 -> let (x,s1) = lcg s0
                           in put s1 >> return x

好的，所以我可以使用 getRandom ：

*Main> runState getRandom 0
(0,12345)
*Main> runState getRandom 0
(0,12345)
*Main> runState getRandom 1              
(16838,1103527590)

但是我每次调用时仍然需要将种子传递给 PRNG。 我知道 Haskell 实现中可用的 PRNG 不需要这样：

Prelude> :module Random
Prelude Random> randomRIO (1,6 :: Int)
(...) -- GHC prints some stuff here
6
Prelude Random> randomRIO (1,6 :: Int)
1

所以我可能误解了 State monad，因为我在大多数教程中都可以看到 似乎不是“持久”状态，而只是线程状态的一种便捷方式。

那么...我怎样才能拥有自动初始化的状态（可能来自某些 使用时间和其他不太可预测的数据的函数），例如 Random 模块 做？

多谢！

Answer 1

randomRIO 使用 IO monad。 这似乎在解释器中工作得很好，因为解释器也在 IO monad 中工作。 这就是您在示例中看到的； 实际上，您无法在代码的顶层执行此操作 - 无论如何，您都必须将其放入 do 表达式中，就像所有 monad 一样。

在一般代码中，您应该避免使用 IO monad，因为一旦您的代码使用了 IO monad，它就永远与外部状态绑定在一起——您无法摆脱它（即，如果您有使用 IO monad 的代码，则任何代码调用它也必须使用 IO monad；没有安全的方法来“摆脱”它）。 因此 IO monad 应该只用于访问外部环境等绝对需要的事情。

对于本地独立状态之类的东西，您不应该使用 IO monad。 您可以像您提到的那样使用 State monad，也可以使用 ST monad。 ST monad 包含许多与 IO monad 相同的功能； 即存在STRef可变单元，类似于IORef。 与 IO 相比，ST 的好处在于，当您完成后，您可以在 ST monad 上调用 runST 来从 monad 中获取计算结果，而这是您无法做到的IO。

至于“隐藏”状态，这只是 Haskell 中 monad 的 do 表达式语法的一部分。 如果您认为需要显式传递状态，那么您就没有正确使用 monad 语法。

这是在 IO Monad 中使用 IORef 的代码：

import Data.IORef
foo :: IO Int -- this is stuck in the IO monad forever
foo = do x <- newIORef 1
         modifyIORef x (+ 2)
         readIORef x
-- foo is an IO computation that returns 3

这是使用 ST monad 的代码：

import Control.Monad.ST
import Data.STRef
bar :: Int
bar = runST (do x <- newSTRef 1
                modifySTRef x (+ 2)
                readSTRef x)
-- bar == 3

代码的简单性本质上是相同的； 只不过在后一种情况下，我们可以从 monad 中获取值，而在前一种情况下，我们不能不将其放入另一个 IO 计算中。

Answer 2

secretStateValue :: IORef SomeType
secretStateValue = unsafePerformIO $ newIORef initialState
{-# NOINLINE secretStateValue #-}

现在使用正常的 readIORef 和 writeIORef 访问您的 SecretStateValue，在 IO 单子中。

Answer 3

所以我可能误解了 State monad，因为我在大多数教程中看到的似乎不是“持久”状态，而只是线程状态的一种便捷方式。

状态 monad 正是关于在某个范围内线程化状态。

如果您想要顶级状态，那是在语言之外的（并且您必须使用全局可变变量）。 请注意，这可能会使代码的线程安全变得复杂——该状态是如何初始化的？ 什么时候？ 以及通过哪个线程？