什么是“免费Monad +口译员”模式？

#1 楼

实际上，实际模式比仅数据访问要普遍得多。这是一种轻量级的方法，它可以创建一种特定于域的语言，为您提供AST，然后让一个或多个解释器根据您的喜好“执行” AST。

免费的monad部分非常方便一种可以使用Haskell的标准monad工具（例如do-notation）进行汇编的AST的方法，而无需编写大量的自定义代码。这也确保了DSL是可组合的：您可以将DSL分为几部分进行定义，然后以结构化的方式将各部分组合在一起，从而充分利用Haskell的正常抽象，例如函数。

使用免费的monad可以您是可组合DSL的结构；您要做的就是指定零件。您只需编写一种数据类型，其中包含DSL中的所有操作。这些动作可以做任何事情，而不仅仅是数据访问。但是，如果将所有数据访问都指定为操作，则将获得AST，该AST指定对数据存储区的所有查询和命令。然后，您可以按自己喜欢的方式进行解释：对实时数据库运行它，对模拟运行它，只需记录调试命令，甚至尝试优化查询。

让我们来看一个非常简单的示例例如，键值存储。现在，我们将键和值都视为字符串，但是您可以花一点精力来添加类型。

data DSL next = Get String (String -> next)
              | Set String String next
              | End

next参数使我们可以组合动作。我们可以使用它来编写一个程序，该程序获取“ foo”并设置具有该值的“ bar”：不幸的是，对于有意义的DSL来说，这还不够。由于我们使用next进行合成，因此p1的类型与程序的长度相同（即3个命令）：

p1 = Get "foo" $ \ foo -> Set "bar" foo End

在这个特定的示例中，像这样使用next似乎有点奇怪，但是如果我们希望我们的动作具有不同的类型变量，则这一点很重要。例如，我们可能需要键入get和set。

请注意，每个动作的next字段如何不同。这暗示我们可以使用它使DSL成为函子：

p1 :: DSL (DSL (DSL next))

实际上，这是使其成为函子的唯一有效方法，因此我们可以使用deriving通过启用DeriveFunctor扩展名自动创建实例。

下一步是Free类型本身。那就是我们用来表示我们的AST结构的基础，它建立在DSL类型的基础上。您可以将其视为类型级别的列表，其中“ cons”只是嵌套函子，如DSL：

instance Functor DSL where
  fmap f (Get name k)          = Get name (f . k)
  fmap f (Set name value next) = Set name value (f next)
  fmap f End                   = End

所以我们可以使用Free DSL next来提供程序不同大小的相同类型：

-- compare the two types:
data Free f a = Free (f (Free f a)) | Return a
data List a   = Cons a (List a)     | Nil

哪个类型更好：

p2 = Free (Get "foo" $ \ foo -> Free (Set "bar" foo (Free End)))

实际的表达式及其所有构造函数仍然很难使用！这就是monad的一部分。正如名称“ free monad”所暗示的，Free是monad，只要f（在本例中为DSL）是一个函子即可：

p2 :: Free DSL a

现在到了：可以使用do表示法使DSL表达式更好。唯一的问题是next应该放入什么？好吧，我们的想法是使用Free结构进行合成，因此我们只需将Return放入每个下一个字段，然后使用do表示法完成所有检查：

>这更好，但是仍然有点尴尬。我们到处都有Free和Return。令人高兴的是，有一种可以利用的模式：将DSL操作“提升”到Free的方式始终相同-我们将其包装在Free中，然后将Return应用于next：

instance Functor f => Monad (Free f) where
  return         = Return
  Free a >>= f   = Free (fmap (>>= f) a)
  Return a >>= f = f a

现在，使用此代码，我们可以为每个命令编写漂亮的版本并拥有完整的DSL：

p3 = do foo <- Free (Get "foo" Return)
        Free (Set "bar" foo (Return ()))
        Free End

使用此代码，我们可以编写程序：

liftFree :: Functor f => f a -> Free f a
liftFree action = Free (fmap Return action)

巧妙的窍门是，虽然p4看起来像一个命令式程序，但实际上它是一个具有值的表达式

get key       = liftFree (Get key id)
set key value = liftFree (Set key value ())
end           = liftFree End

因此，该模式的免费monad部分使我们获得了DSL，该DSL可以生成语法漂亮的语法树。我们也可以不使用End来编写可组合的子树；例如，我们可以让follow取得一个键，获取它的值，然后将其用作键本身：

p4 :: Free DSL a
p4 = do foo <- get "foo"
        set "bar" foo
        end

现在follow可以在我们的程序中使用了像get或set一样：

Free (Get "foo" $ \ foo -> Free (Set "bar" foo (Free End)))

所以我们也为DSL获得了很好的合成和抽象。

现在我们有了一棵树，我们进入模式的后半部分：解释器。我们可以通过只对它进行模式匹配来解释它，但是我们喜欢它。这将使我们能够针对IO中的实际数据存储以及其他内容编写代码。这是一个假设的数据存储示例：

follow :: String -> Free DSL String
follow key = do key' <- get key
                get key'

这将很高兴地评估任何DSL片段，甚至没有以end结尾的片段。幸运的是，通过将输入类型签名设置为end，我们可以使该函数的“安全”版本仅接受以(forall a. Free DSL a) -> IO ()关闭的程序。虽然旧签名接受任何Free DSL a的a（例如Free DSL String，Free DSL Int等），但此版本仅接受适用于所有可能的Free DSL a的a-我们只能使用end来创建。这保证了我们完成操作后不会忘记关闭连接。

p5 = do foo <- follow "foo"
        set "bar" foo
        end

（我们不能仅仅通过给runIO这种类型来开始，因为它对于我们的递归调用将无法正常工作。但是，我们可以将runIO的定义移至where中的safeRunIO块中，并获得相同的效果而无需公开两个版本的函数。）

在IO中运行我们的代码并不是我们唯一能做的。为了进行测试，我们可能想针对纯State Map运行它。编写代码是一个不错的练习。

所以这是免费的monad +解释器模式。我们利用免费的monad结构来制作所有的管道，从而创建DSL。我们可以在DSL中使用do-notation和标准monad功能。然后，要实际使用它，我们必须以某种方式对其进行解释。由于树最终只是一个数据结构，因此我们可以根据不同的目的对其进行解释。

当我们使用它来管理对外部数据存储的访问时，它的确类似于Repository模式。它介于我们的数据存储和代码之间，将两者分开。但是，在某些方面，它更具体：“存储库”始终是带有显式AST的DSL，我们可以根据需要使用它。

但是模式本身比这更笼统。它可以用于很多事情，而不必涉及外部数据库或存储。无论您希望对DSL的效果或多个目标进行精细控制，它都是有意义的。

#2 楼

一个免费的monad基本上是一个monad，它以与计算相同的“形状”构建数据结构，而不是执行任何更复杂的操作。 （有一些示例可以在网上找到。）然后将该数据结构传递给一段代码，该代码结构将使用它并执行操作。*我并不完全熟悉存储库模式，但是从我阅读的内容看来作为更高级别的架构，可以使用免费的monad +解释器来实现它。另一方面，免费的monad +解释器也可以用于实现完全不同的事物，例如解析器。

*值得注意的是，该模式并非monad独有，实际上可以使用免费的应用程序或免费的箭头生成更有效的代码。 （解析器是另一个例子。）