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前置技能:Java基础,HKT
单子(Monad)是指一种有一个类型参数的数据结构,拥有 pure
(也叫 unit
或者 return
)和 flatMap
(也叫 bind
或者 >>=
)两种操作:
interface Monad<M> {
<A> HKT<M, A> pure(A v);
<A, B> HKT<M, B>
flatMap(HKT<M, A> ma,
Function<A, HKT<M, B>> f);
}
其中 pure
要求返回一个包含参数类型内容的数据结构, flatMap
要求把 ma
中的值经过 f
以后再串起来。
举个最经典的例子:
class HKTListM implements Monad<HKTList<?>> {
public <A> HKT<HKTList<?>, A> pure(A v) {
ArrayList<A> list = new ArrayList<>();
list.add(v);
return new HKTList<>(list);
}
public <A, B> HKT<HKTList<?>, B>
flatMap(HKT<HKTList<?>, A> ma,
Function<A, HKT<HKTList<?>, B>> f) {
return HKTList.narrow(ma).value
.stream().flatMap(v ->
HKTList.narrow(f.apply(v))
.value.stream())
.collect(HKTList.collector());
}
}
简单来说 pure(v)
将得到 {v}
,而 flatMap({1, 2, 3}, v -> {v + 1, v + 2})
将得到 {2, 3, 3, 4, 4, 5}
。这都是 Java 里面非常常见的操作了,并没有什么新意。
Java 不是一个空安全的语言,也就是说任何对象类型的变量都有可能为 null
。对于一串可能出现空值的逻辑来说,判空常常是件麻烦事:
static Maybe<Integer>
addI(Maybe<Integer> ma, Maybe<Integer> mb) {
if (ma.value == null) return new Maybe<>();
if (mb.value == null) return new Maybe<>();
return new Maybe<>(ma.value + mb.value);
}
其中 Maybe
是个 HKT
的包装类型:
class Maybe<A> implements HKT<Maybe<?>, A> {
A value;
Maybe() { value = null; }
Maybe(A v) { value = v; }
static <T> Maybe<T>
narrow(HKT<Maybe<?>, T> v) {
return (Maybe<T>) v;
}
}
像这样定义 Maybe Monad
:
class MaybeM implements Monad<Maybe<?>> {
public <A> HKT<Maybe<?>, A> pure(A v) {
return new Maybe<>(v);
}
public <A, B> HKT<Maybe<?>, B>
flatMap(HKT<Maybe<?>, A> ma,
Function<A, HKT<Maybe<?>, B>> f) {
A v = Maybe.narrow(ma).value;
if (v == null) return new Maybe<>();
else return f.apply(v);
}
}
上面 addI
的代码就可以改成:
static Maybe<Integer>
addM(Maybe<Integer> ma, Maybe<Integer> mb) {
MaybeM m = new MaybeM();
return Maybe.narrow( // do
m.flatMap(ma, a -> // a <- ma
m.flatMap(mb, b -> // b <- mb
m.pure(a + b))) // pure (a + b)
);
}
这样看上去就比上面的连续 if-return
优雅很多。在一些有语法糖的语言 (Haskell
) 里面 Monad 的逻辑甚至可以像上面右边的注释一样简单明了。
我知道会有人说,啊,我有更简单的写法:
static Maybe<Integer> addE(Maybe<Integer> ma, Maybe<Integer> mb) { try { return new Maybe<>( ma.value + mb.value); } catch (Exception e) { return new Maybe<>(); } }
确实,这样写也挺简洁直观的,
Maybe Monad
在有异常的 Java 里面确实不是一个很好的例子,不过Maybe Monad
确实是在其他没有异常的函数式语言里面最为常见的 Monad 用法之一。而之后我也会介绍一些异常也无能为力的 Monad 用法。