Вкусные вычисления с состоянием

Haskell является чистым языком, и вследствие этого наши программы состоят из функций, которые не могут изменять какое бы то ни было глобальное состояние или переменные – они могут только производить какие-либо вычисления и возвращать результаты. На самом деле данное ограничение упрощает задачу обдумывания наших программ, освобождая нас от необходимости заботиться о том, какое значение имеет каждая переменная в определённый момент времени.

Тем не менее некоторые задачи по своей природе обладают состоянием, поскольку зависят от какого-то состояния, изменяющегося с течением времени. Хотя это не проблема для Haskell, такие вычисления могут быть немного утомительными для моделирования. Вот почему в языке Haskell есть монада State, благодаря которой решение задач с внутренним состоянием становится сущим пустяком – и в то же время остаётся красивым и чистым.

Когда мы разбирались со случайными числами в главе 9, то имели дело с функциями, которые в качестве параметра принимали генератор случайных чисел и возвращали случайное число и новый генератор случайных чисел. Если мы хотели сгенерировать несколько случайных чисел, нам всегда приходилось использовать генератор случайных чисел, который возвращала предыдущая функция вместе со своим результатом. Например, чтобы создать функцию, которая принимает значение типа StdGen и трижды «подбрасывает монету» на основе этого генератора, мы делали следующее:

threeCoins :: StdGen –> (Bool, Bool, Bool)

threeCoins gen =

   let (firstCoin, newGen) = random gen

       (secondCoin, newGen') = random newGen

       (thirdCoin, newGen'') = random newGen'

   in (firstCoin, secondCoin, thirdCoin)

Эта функция принимает генератор gen, а затем вызов random gen возвращает значение типа Bool наряду с новым генератором. Для подбрасывания второй монеты мы используем новый генератор, и т. д.

В большинстве других языков нам не нужно было бы возвращать новый генератор вместе со случайным числом. Мы могли бы просто изменить имеющийся! Но поскольку Haskell является чистым языком, этого сделать нельзя, поэтому мы должны были взять какое-то состояние, создать из него результат и новое состояние, а затем использовать это новое состояние для генерации новых результатов.

Можно подумать, что для того, чтобы не иметь дела с вычислениями с состоянием вручную подобным образом, мы должны были бы отказаться от чистоты языка Haskell. К счастью, такую жертву приносить не нужно, так как существует специальная небольшая монада под названием State. Она превосходно справляется со всеми этими делами с состоянием, никоим образом не влияя на чистоту, благодаря которой программирование на языке Haskell настолько оригинально и изящно.