Java 泛型推断类型

Question

好的，所以我在 java 中实现了 state monad。但是，我似乎无法让泛型正常工作。我有下面的代码，并试图避免指示的情况。

public interface Monad<M, A> 
{
    <B, R extends Monad<M, B>> R bind(Function<? super A, R> p_function);
}

public class State<S, A> implements Monad<State<S, ?>, A>
{
    private Function<S, Pair<S, A>> m_function;

    public State(Function<S, Pair<S, A>> p_function)
    {
        m_function = p_function;
    }

    public final Pair<S, A> run(S p_state)
    {
        return m_function.apply(p_state);
    }

    @Override
    public <B, R extends Monad<State<S, ?>, B>> R bind(
            final Function<? super A, R> p_function) 
    {
        // I want to avoid the cast to R here
        return (R) new State<S, B>((S state) -> {
            Pair<S, A> run = run(state);
            // And this cast, but they seem related
            State<S, B> applied = (State<S, B>) p_function.apply(run.second());
            return applied.run(run.first());
        });
    }
}

注意：我知道如果我将bind 的签名更改为
<B> Monad<M, B> bind(Function<? super A, ? extends Monad<M, B>> p_function);
演员表可以避免。但是，这会导致以下方法中的编译错误

public static <A, B, C, M, MB extends Monad<M, B>, MC extends Monad<M, C>> 
Function<A, MC> compose(
        Function<? super A, MB> p_first, Function<? super B, MC> p_second)
{
    // have to use an anonymous class here, because using a closure causes a
    // runtime error with the beta version of JDK 8
    return new Function<A, MC>() {

        @Override
        public MC apply(A arg) {
            MB monadOfB = p_first.apply(arg);
            return monadOfB.<C> bind(p_second); // <-- type error here
        }
    };
}

现在，我也尝试以类似的方式更改compose 的签名。即，而不是MB extends Monad<M, B>，我使用Monad<M, B>，其中使用了MB，同样用于MC。这使得 compose 方法编译。但是，compose 的调用者无法正确推断返回类型，即

Function<String, State<Integer, String>> left = ...; 
Function<String, State<Integer, String>> right = ...; 
Function<String, State<Integer, String>> composed = Monad.compose(left, right);

如果没有在方法调用上指定类型就无法工作，而在它之前。

如何让所有这些泛型很好地结合在一起？

Answer 1

为了使您的示例正常工作，您需要将类定义为：

class State<S, B> extends Monad<State<S, ?>, B> {}
class Monad<T, U> {}

R 是Monad<State<S, ?>, B> 的子类，sb 也是Monad<State<S, ?>, B> 的子类，但没有理由它也是R。

这就像写作：

Number n = 123.5d;
Integer i = n; //does not compile: cast required
Integer j = (Integer) n; //throws an exception

---

编辑

我不熟悉您要实现的目标，这种简化可能无法实现您的目标，但它会编译（我已经删除了 lambda，因为我目前没有安装 jdk8 编译器）：

public class Test1 {

    public static <A, B, C, M> Function<A, Monad<M, C>> compose(final Function<? super A, Monad<M, B>> p_first, 
                                                                final Function<? super B, Monad<M, C>> p_second) {
        // have to use an anonymous class here, because using a closure causes a runtime error
        // with the beta version of JDK 8
        return new Function<A, Monad<M, C>>() {
            @Override
            public Monad<M, C> apply(A arg) {
                Monad<M, B> monadOfB = p_first.apply(arg);
                return monadOfB.bind(p_second); // <-- type error here
            }
        };
    }
}

interface Monad<M, A> {

    <B> Monad<M, B> bind(Function<? super A, Monad<M, B>> p_function);
}

class State<S, A> implements Monad<State<S, ?>, A> {

    private Function<S, Pair<S, A>> m_function;

    public State(Function<S, Pair<S, A>> p_function) {
        m_function = p_function;
    }

    public final Pair<S, A> run(S p_state) {
        return m_function.apply(p_state);
    }

    @Override
    public <B> Monad<State<S, ?>, B> bind(final Function<? super A, Monad<State<S, ?>, B>> p_function) {
        // I want to avoid the cast to R here
        return new State<S, B>(new Function<S, Pair<S, B>>() {
            public Pair<S, B> apply(S state) {
                Pair<S, A> run = run(state);
                // And this cast, but they seem related
                State<S, B> applied = (State<S, B>) p_function.apply(run.second());
                return applied.run(run.first());
            }
        });
    }
}

Answer 2

（我在为 jacobm 的回答 +1，我只是想详细说明一下潜在问题。）

问题在于，在 Java 中，GenericClass<S> 和 GenericClass<T> 之间没有特别的关系：我的意思是，两者都是 GenericType<?> 的子类型，但 GenericInterface<T> 无法引用您的类型d 获取 getClass() 并将 T 替换为 S。

在 Haskell 中，Monad 类型类的定义如下所示：

class Monad m where
    (>>=)  :: m a -> (a -> m b) -> m b
    return :: a -> m a

请注意，它使用m a 和m b 定义m，意思是“相同的参数化类型m，具有（可能）不同的类型参数a 和b”。在 Java 中，您不能创建表达此类事情的 m 的超类型（即 m 的接口），因为虽然超类型可以使用任意类型引用 itself -参数（因为它可以通过名称引用自己，就像它可以使用任何其他泛型类型一样），并且可以使用任何 single 类型参数（即它自己的）引用任意子类型，它无法使用任意类型参数来引用任意子类型。它不像 Haskell 类型类定义那样位于类型系统“外部”。

这意味着没有真正的方法来定义一个通用的Monad 接口，它的实现是通用的一元类型。

Answer 3

这是一个通过 Java 7 类型检查器的版本：

class State<S, A> implements Monad<State<S, ?>, A> {
    private Function<S, Pair<S, A>> m_function;

    public State(Function<S, Pair<S, A>> p_function)
    {
        m_function = p_function;
    }

    public final Pair<S, A> run(S p_state)
    {
        return m_function.apply(p_state);
    }

    @Override
    public <B> Monad<State<S, ?>, B> bind(
            final Function<? super A, ? extends Monad<State<S, ?>, B>> p_function) {
        return new State<S, B>(
                new Function<S, Pair<S,B>>() {
                    public Pair<S,B> apply(S state) {
                        Pair<S, A> run = run(state);
                        // And this cast, but they seem related
                        State<S, B> applied = (State<S, B>) p_function.apply(run.second());
                        return applied.run(run.first());
                    }
        });
    }

    public static <A, B, C, M> 
    Function<A, Monad<M,C>> compose(
            final Function<? super A, ? extends Monad<M,B>> p_first, 
            final Function<? super B, ? extends Monad<M,C>> p_second) {
        return new Function<A, Monad<M,C>>() {
            @Override
            public Monad<M,C> apply(A arg) {
                Monad<M,B> monadOfB = p_first.apply(arg);
                return monadOfB.<C>bind(p_second);
            }
        };
    }
}

您的原始代码的问题是您想为R 选择一个特定的实例化，但您的签名允许调用者选择它。签名<B, R extends Monad<State<S, ?>, B>> R bind(final Function<? super A, R> p_function) 允许调用者选择Monad<State<S, ?>,B> 的任意子类型并要求bind 返回它。但是，您的 bind 实现并没有这样做：它决定始终返回您选择的 R 的特定子类型。所以你的签名承诺了一件事，但你的实现正在做另一件事。

我的修复取消了这个承诺。修改后的签名只是承诺返回 some 子类型，而不是允许调用者选择特定的 Monad<State<S,?>,B> 子类型——在这种情况下，这意味着我可以完全放弃泛型变量，而只需替换上直接在签名中绑定类型。

类似的问题影响了compose 方法——允许调用者选择MB 和MC 类型，但随后期望能够为MB 和MC 生成您自己选择的子类型实施。我以类似的方式解决了这个问题。

Answer 4

告诉我这种简化是否仍能代表您的问题：

以下编译：

public class TestClass {
    public interface Monad {
        <R extends Monad> R bind();
    }

    public class State implements Monad {
        @Override
        public <R extends Monad> R bind() {
            return (R) new State(); // [1]
        }
    }

    public <M extends Monad> M apply() {
        M subMonad = null;
        return subMonad.bind();
    }
}

您想从 [1] 中移除演员表。如果你这样做：

public class TestClass {
    public interface Monad {
        Monad bind();
    }

    public class State implements Monad {
        @Override
        public Monad bind() {
            return new State();
        }
    }

    public <M extends Monad> M apply() {
        M subMonad = null;
        return subMonad.bind(); // [2]
    }
}

然后 [2] 无法编译。这能概括吗？如果是这样，apply() 方法是否可以简单地返回一个Monad？