F# 自定义计算工作流

Question

给定结果类型

type Result<'t> = OK of 't | Error of string 

我有这些函数，它们都返回 Async >，它们的组合如下：

let a = async { return Result.OK 1000 }
let b = async { return Result.Error "some message" }

let sum x y = 
    async {
        let! r1 = x
        match r1 with
        | Result.OK v1 -> 
             let! r2 = y
             match r2 with
             | Result.OK v2 -> return v1 + v2
             | Result.Error msg -> return Result.Error msg
        | Result.Error msg -> return Result.Error msg
    }

这段代码看起来很糟糕，所以我想要这个：

type Result = Ok of int | Error of string

type MyMonadBuilder() =
    member x.Bind (v,f) = 
        async { 
            let! r = v
            match r with
            | Ok r' -> return! f r'
            | Error msg -> return Error msg
        }

    member x.Return v = async {return Ok v }

    member x.Delay(f) = f()

let mymonad = MyMonadBuilder()
let runMyMonad = Async.RunSynchronously

let a = mymonad { return 10 }
let b = mymonad { return 20 }

let c = 
    mymonad { 
        return Result.Error "Some message"
        //??? The above doesn't work but how do I return a failure here?
    }

let d = 
    async {
        return Ok 1000
    } 
    //how to wrap this async with mymonad such that I can use it together with my other computation expressions?

let sum x y = 
    mymonad {
        let! v1 = x
        let! v2 = y
        return v1 + v2
    }

[<EntryPoint>]
let main argv = 
    let v = sum a b |> runMyMonad
    match v with
    | Ok v' -> printfn "Ok: %A" v'
    | Error msg -> printf "Error: %s" msg

    System.Console.Read() |> ignore
    0 

所以问题是：

1. 如何编写函数 c 以使其在 mymonad 中返回错误？
2. 如何编写函数 d 以便用 mymonad 包装异步？
3. 如何使我的 monad 以与 Async 类似的方式参数化？

...这样我就可以写了

let f (a:MyMonad<int>) (b:MyMonad<string>) = ...

更新：

我还想并行运行几个 mymonad 操作，然后查看结果数组以查看错误和成功之处。出于这个原因，我认为使用异常不是一个好主意。

另外，关于问题 3，我的意思是让我的类型参数化和不透明，以便调用者不知道/不在乎他们正在处理异步。我编写 monad 的方式，调用者总是可以使用 Async.RunSynchronously 来运行 mymonad 表达式。

更新 2：

到目前为止，我得到了以下结果：

1. 我为 MyMonadBuilder 的每个成员使用显式类型
2. 我将 ReturnFrom 添加到 MyMonadBuilder。我使用这个函数来包装一个 Async >
3. 我添加了一些辅助函数，例如 failwith，它创建了一个带有错误值的 mymonad

代码如下所示：

type MyMonad<'t> = 't Result Async

type MyMonadBuilder() =
    member x.Bind<'t> (v,f) : MyMonad<'t>= 
        async { 
            let! r = v
            match r with
            | Ok r' -> return! f r'
            | Error msg -> return Error msg
        }

    member x.Return<'t> v  : MyMonad<'t> = async {return Ok v }
    member x.ReturnFrom<'t> v  : MyMonad<'t> = v

    member x.Delay(f) = f()

let failwith<'t> : string -> MyMonad<'t> = Result.Error >> async.Return

这对于我的目的来说看起来相当不错。谢谢！

Answer 1

异步工作流通过异常自动支持错误处理，因此惯用的解决方案是只使用异常。如果你想区分一些特殊类型的错误，那么你可以定义一个自定义的异常类型：

exception MyError of string

// Workflow succeeds and returns 1000
let a = async { return 1000 }
// Workflow throws 'MyError' exception
// (using return! means that it can be treated as a workflow returning int)
let b = async { return! raise (MyError "some message") }

// Exceptions are automatically propagated
let sum = async {
  let! r1 = a
  let! r2 = b
  return r1 + r2 }

如果要处理异常，可以在异步工作流中使用try ... with MyError msg -> ...。

您可以定义一个自定义计算构建器，该构建器使用代数数据类型（例如 Result）重新实现这一点，但除非您有充分的理由这样做，否则我不建议您这样做这种方法 - 它不适用于标准库，它非常复杂并且不适合一般的 F# 样式。

在您的计算表达式中，值的类型为Async<Result<'T>>，return 自动将'T 类型的参数包装在返回Ok 的异步工作流中。如果您想构造一个表示失败的值，您可以使用return! 并创建一个返回Result.Error 的异步工作流。你可能需要这样的东西：

let c = mymonad { 
  return! async.Return(Result.Error "Some message")
}
let d = mymonad {
    return 1000
} 

但正如我所说，使用异常是一种更好的方法。

编辑：要回答 cmets 中的问题 - 如果您有许多异步计算，您仍然可以将最终结果包装在您的自定义类型中。但是，您不需要重新构建整个异步工作流库 - 原始操作中的错误仍然可以使用标准异常来处理：

// Primitive async work that may throw an exception
let primitiveAsyncWork = async { ... } 

// A wrapped computation that returns standard Option type
let safeWork = async {
  try 
    let! res = primitiveAsyncWork
    return Some res
  with e -> return None }

// Run 10 instances of safeWork in parallel and filter out failed computations
async { let! results = [ for i in 0 .. 9 -> safeWork ] |> Async.Parallel
        return results |> Seq.choose id }

Answer 2

我的ExtCore 库中的asyncChoice 工作流已经实现了这一点——它在 NuGet 上可用，所以您只需添加对项目的引用，在源文件中打开 ExtCore.Control 命名空间，然后开始写这样的代码：

open ExtCore.Control

let asyncDivide100By (x : int) =
    asyncChoice {
        if x = 0 then
            return! AsyncChoice.error "Cannot divide by zero."
        else
            return (100 / x)
    }

let divide100By (x : int) =
    let result =
        asyncDivide100By x
        |> Async.RunSynchronously

    match result with
    | Choice1Of2 result ->
        printfn "100 / %i = %i" x result
    | Choice2Of2 errorMsg ->
        printfn "An error occurred: %s" errorMsg


[<EntryPoint>]
let main argv =
    divide100By 10
    divide100By 1
    divide100By 0

    0   // Exit code

asyncChoice 是使用 F# Core 库中的标准 Async<'T> 和 Choice<_,_> 类型构造的，因此您不应该遇到任何兼容性问题。