D 中的特征可以用于类型类吗？

Question

我是 D 的新手，我正在寻找一种在 D 中使用类似 Haskell 的类型类（例如 Functor、Monoid 等）进行编程的好方法。

在 Tango 或 Phobos 中是否实现了类似的功能？

我听说过可以对某些属性进行编译时类型检查的特征。它们可以用于类型类吗？

我尝试了一些模板专业化，并提出了这个：

// Monoid.d
// generic Monoid gets called when there is no instance of Monoid for Type T
class Monoid(T) {
    pragma(msg, "Type is not a Monoid");
}

// Monoid instance for double
class Monoid(T:double) {
    static T mzero() { return 0; }
    static T mappend(T a, T b ) { return a + b;}
}

// Monoid instance for int
class Monoid(T:int) {
    static T mzero() { return 0; }
    static T mappend(T a, T b ) { return a + b;}
}

类型参数需要是 Monoid 的通用算法可以表示为：

template genericfunctions() {
    T TestMonoid(T,N = Monoid!T)(T a) {
        return N.mappend(N.mzero(),a);
    }
}

但是，如果您想省略模板参数，则必须导入所有需要的Monoid 实例并混合在 genericfunctions 模板中。

import Monoid;
import std.stdio;
import std.conv;
mixin genericfunctions;

void main() {
    writefln(to!string(TestMonoid(3))); 
    writefln(to!string(TestMonoid(3.3243))); 
}

您现在可以使用整数和双精度数作为 Monoids。

然而，当你有像 Functor 这样的类型类，其实例本身是通用的时，事情会变得更加复杂：

module Functors;

// generic Functor like generic Monoid
class Functor(alias T, A) {
    pragma(msg,"Not an instance of Functor");
}

// very simple container to demonstrate functors behavior
class FunctorTest(A) {
    public A a; 
    this(A a) {
        this.a = a; 
    }
}

// instance of Functor for FunctorTest!A 
class Functor(alias T:FunctorTest,A) {
    static T!B fmap(B)(T!A a, B delegate(A) fn) {
        return new T!B(fn(a.a));
    }
}

一种算法看起来像这样：

template genericfunctions() {
    T TestMonoid(T,N = Monoid!T)(T a) {
        return N.mappend(N.mzero(),a);
    }

    // F is the Functor, A the functors type before,
    // B the functors Type after, N is the instance of Functor
    F!B fmap(alias F,A,B,N=Functor!(F,A))(F!A a, B delegate(A) fn) {
        return N.fmap!B(a,fn);
    }
}

幸运的是，你可以在使用它时省略四个模板参数：

mixin genericfunctions;

void main() {
    auto a = new FunctorTest!int(3);
    auto b = fmap(a,(int b) {return b+ 0.5;});
    writefln(to!string(b.a));
}

但是当你想使用另一个 Functor 实例时Type 必须指定 fmap 的所有 4 个类型参数。有没有一种方法只需要指定实例，其他参数就可以从中推导出来？

除了笨拙的 mixin 解决方法之外，还有其他选择吗？

这种方法还有其他我没有看到的缺点吗？

那其他方法呢？

感谢您阅读本文并花时间思考和回答:)

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编辑：

是否可以在 D 中使用单元测试来定义像函子定律这样的约束？那太好了。

Answer 1

而不是回答您的问题，因为这需要理解您所说的内容。我只是要漫谈一下您正在使用的 D 功能以及那些可能对您有用的功能。

D 没有类型类（如您所知）。相反，它具有类型专门化（您正在使用的）和模板约束。类型专门化先于模板约束，并且实际上可以在那里使用。

模板约束允许您要求类型的某些属性。您会发现这在 std.range 中被大量使用，并且有一些模板可以帮助在 std.traits 中编写此类约束。我可以做一个更复杂的例子，但现在，它接受转换为 int 的类型：

void myFunction(T)(T param) if(is(T:int)) {
}

Answer 2

是否可以在 D 中使用单元测试来定义像函子法则这样的约束？那就太好了。

Phobos 在语言之上还有另一个概念，如幺半群、函子和单子。这就是范围。现在，Phobos 检查类型是否为范围的方式是定义一个模板来检查是否可以在类型上调用某些函数。如果这些函数本身是通用的，则模板的答案将取决于编译器能否找到与您的类型匹配的方法。

作为参考，这里是类型检查a ForwardRange （链接指向包含更多文档的代码）：

template isInputRange(R)
{
    enum bool isInputRange = is(typeof(
    (inout int = 0)
    {
        R r = R.init;     // can define a range object
        if (r.empty) {}   // can test for empty
        r.popFront();     // can invoke popFront()
        auto h = r.front; // can get the front of the range
    }));
}

使用它，您可以创建一个模板约束，如下所示：

template isFunctor(Testant) {
    enum bool isFunctor = is(typeof(
        ()
        {
            Testant t = Testant.init;          // can instantiate that type
            auto result = t.fmap((Testant){}); // can call fmap on it with the type as parameter.
        }
}

注意 UFCS 与上面的 fmap 一样，fmap 仍然符合您的声明。

另请注意，使用结构而不是类可能更好。由于它们是值类型，我们可以在 D 中进行编译时函数执行 (CTFE)，通过巧妙地使用 opCall，您可以像函数本身一样使用它们。

Answer 3

template genericfunctions() {
  T TestMonoid(T,N = Monoid!T)(T a) {
    return N.mappend(N.mzero(),a);
  }
}

没必要：

T TestMonoid(T,N = Monoid!T)(T a) {
  return N.mappend(N.mzero(),a);
}

那应该足够了。这样，就不再需要 mixin 了。

是否可以定义约束
就像单元测试中的函子法则
D？

不完全确定我理解您的要求，但您可以使用模板函数/类定义约束：

void isEven(T)(T x) if (isIntegral!T) { return x % 2 == 0; }

只有当 T 是整数类型时，此模板才会实例化。

请参阅模板页面底部的“模板约束”部分。