从函数式编程范式中记录

Question

我更喜欢尽可能贴近功能范式，当我的大脑准备好迎接挑战时，我会尽可能接近纯功能范式。我尽可能使用 F#。通常，我会使用 VB.NET 或 C#（或 VBA，当我真的很不走运时）。所以我的语言让我远离函数式方法。

从历史上看，在我得到结果之前，我一直忽略日志记录和与用户的沟通——让用户等待。现在我正在尝试实现状态栏的日志记录和/或更新。这很容易，因为我的语言允许我随时写入标准输出。但是从纯粹的功能角度来看，如何将有关功能内部发生的信息泄露给外部世界？在计算过程中记录或与用户通信是否与纯函数方法完全相反？

我确信在 Haskell 中会使用 Monad。使用其他语言时呢？

谢谢。

Answer 1

让我们看一下 Haskell 的一元解决方案。日志记录背后的想法是，我们的计算有一个额外的方法，可以在某处“输出”写入一条消息。有很多方法可以表示这样的计算，但最通用的一种是创建一个 monad：

class (Monad m) => MonadWriter w m | m -> w where
    tell   :: w -> m ()

类型 w 表示消息，函数 tell 是将消息“发送”到一元（效果完整）计算中。

注意事项：

• Haskell 的MonadWriter 实际上更丰富，它包含允许检查和修改w 的功能，但我们先把它放在一边。
• | m -> w 部分对于解释来说并不重要，它只是意味着w 对于给定的m 是固定的。

最常用的实现是Writer，基本上就是一对。其中一个元素是计算的结果，另一个元素是一系列书面消息。 （实际上它不是一个真正的序列，它更通用 - 一个幺半群，它定义了将多个消息组合成一个的操作。）您可以通过查看 Writer module 来检查 Haskell 的解决方案。然而，它写得更普遍，使用WriterT monad 转换器，所以如果你不是 monad 粉丝，它可能很难阅读。同样的事情也可以在其他函数式语言中完成，例如参见this example in Scala。

但上述类型类还有其他可能的、更多面向副作用的（仍然有效的）实现。我们可以定义tell 将消息发送到一些外部接收器，例如到标准输出、文件等。例如：

{-# LANGUAGE FunctionalDependencies, TypeSynonymInstances, FlexibleInstances #-}

instance MonadWriter String IO where
    tell = putStrLn

这里我们说IO 可以用作将Strings 写入标准输出的日志记录工具。 （这只是一个简化的例子，一个完整的实现可能会有一个 monad 转换器，可以将 tell 功能添加到任何基于 IO 的 monad。）

Answer 2

我是函数式编程的新手，但这里是 Scala 的尝试：

object FunctionalLogging {

  type Result = Int

  class ResultWithLogging(val log: List[String], val result: Result) {}

  def functionWithLogging(log: List[String], arg: String): ResultWithLogging = {
    def function(arg: String): Result = arg.length

    new ResultWithLogging(log :+ ("Calling function(" + arg +")"), function(arg))
  }

  val result = functionWithLogging(List(), "Hello world!")

  // -- Pure functional code ends here --
  println("Result = " + result.result)
  println("Log = " + result.log)
}

它的功能是没有副作用，但显然日志是函数参数和返回的一部分，所以它不是很优雅或实用。

在我看来，根据定义，日志记录是一种理想的副作用，所以如果您同意我的定义，那么问题是如何将非功能性代码与功能性代码隔离开来。在实践中，我可能会从一个 Scala 对象开始（可能太像一个单例 - 一个 trait 可能比 Scala 更好），或者一个演员来积累日志消息并做任何需要用它们做的事情。

这是比较务实的看法：Logging in Scala

编辑

这个问题涉及 Haskell Monads 和 IO：What other ways can state be handled in a pure functional language besides with Monads?