声明一个类型类的所有实例都在另一个类型类中，而不修改原始类声明

Question

crypto-api 包中有一个 Crypto.Random API，它指定了“伪随机数生成器”的含义。

我已经使用 System.Random 的 RandomGen 类的实例（即 StdGen）实现了此 API：

instance CryptoRandomGen StdGen where
  newGen bs = Right $ mkStdGen $ shift e1 24 + shift e2 16 + shift e3 8 + e4
    where (e1 : e2 : e3 : e4 : _) = Prelude.map fromIntegral $ unpack bs
  genSeedLength = Tagged 4
  genBytes n g = Right $ genBytesHelper n empty g
    where genBytesHelper 0 partial gen = (partial, gen)
          genBytesHelper n partial gen = genBytesHelper (n-1) (partial `snoc` nextitem) newgen
            where (nextitem, newgen) = randomR (0, 255) gen
  reseed bs _ = newGen bs

但是，此实现仅适用于 StdGen 类型，但它确实适用于 System.Random 的 RandomGen 类型类中的任何内容。

有没有办法说 RandomGen 中的所有内容都是使用给定 shim 函数的 CryptoRandomGen 的成员？我希望能够在自己的代码中执行此操作，而不必更改这两个库中任何一个的源。我的直觉是将第一行更改为类似的内容

instance (RandomGen a) => CryptoRandomGen a where

，但这在语法上似乎不正确。

Answer 1

Crypto-API 作者在这里。请不要这样做 - 这确实违反了 CryptoRandomGen 的隐式属性。

也就是说，我会这样做：只需创建一个包装 RandomGen 的新类型，并使该新类型成为 CryptoRandomGen 的实例。

newtype AsCRG g = ACRG { unACRG :: g}

instance RandomGen g => CryptoRandomGen (AsCRG g) where
    newGen = -- This is not possible to implement with only a 'RandomGen' constraint.  Perhaps you want a 'Default' instance too?
    genSeedLength = -- This is also not possible from just 'RandomGen'
    genBytes nr g =
        let (g1,g2) = split g
            randInts :: [Word32]
            randInts = B.concat . map Data.Serialize.encode
                     . take ((nr + 3) `div` 4)
                     $ (randoms g1 :: [Word32])
        in (B.take nr randInts, g2)
    reseed _ _ = -- not possible w/o more constraints
    newGenIO = -- not possible w/o more constraints

所以你看，你可以分割生成器（或管理许多中间生成器），制作正确数量的 Int（或者在我的例子中，Word32），对它们进行编码，并返回字节。

由于 RandomGen 仅限于生成（和分割），因此没有任何直接的方法来支持实例化、重新实例化或查询种子长度等属性。

Answer 2

据我所知，这是不可能的，除非您愿意打开 UndecidableInstances （当然，这可以使类型检查器进入无限循环）。下面是一个示例，它使 Monad 的每个实例都成为 Functor 的实例：

{-# LANGUAGE FlexibleInstances, UndecidableInstances #-}

module Main
       where

import Control.Monad (liftM)

instance (Monad a) => Functor a where
    fmap = liftM


-- Test code
data MyState a = MyState { unM :: a }
               deriving Show

instance Monad MyState where
  return a = MyState a
  (>>=) m k = k (unM m)

main :: IO ()
main = print . fmap (+ 1) . MyState $ 1

测试：

*Main> :main
MyState { unM = 2 }

在您的情况下，这转化为：

{-# LANGUAGE FlexibleInstances, UndecidableInstances #-}

instance (RandomGen a) => CryptoRandomGen a where
  newGen = ...
  genSeedLength = ...
  genBytes = ...
  reseed = ...

顺便说一句，我曾经问过如何在不使用haskell-cafe 上的 UndecidableInstances 并得到 这个答案（与托马斯提出的解决方法相同；我认为丑陋的）。