Функция join
Есть кое-какая пища для размышления: если результат монадического значения – ещё одно монадическое значение (одно монадическое значение вложено в другое), можете ли вы «разгладить» их до одного лишь обычного монадического значения? Например, если у нас есть Just (Just 9), можем ли мы превратить это в Just 9? Оказывается, что любое вложенное монадическое значение может быть разглажено, причём на самом деле это свойство уникально для монад. Для этого у нас есть функция join. Её тип таков:
join :: (Monad m) => m (m a) –> m a
Значит, функция join принимает монадическое значение в монадическом значении и отдаёт нам просто монадическое значение; другими словами, она его разглаживает. Вот она с некоторыми значениями типа Maybe:
ghci> join (Just (Just 9))
Just 9
ghci> join (Just Nothing)
Nothing
ghci> join Nothing
Nothing
В первой строке – успешное вычисление как результат успешного вычисления, поэтому они оба просто соединены в одно большое успешное вычисление. Во второй строке значение Nothing представлено как результат значения Just. Всякий раз, когда мы раньше имели дело со значениями Maybe и хотели объединить несколько этих значений – будь то с использованием операций <*> или >>= – все они должны были быть значениями конструктора Just, чтобы результатом стало значение Just. Если на пути возникала хоть одна неудача, то и результатом являлась неудача; нечто аналогичное происходит и здесь. В третьей строке мы пытаемся разгладить то, что возникло вследствие неудачи, поэтому результат – также неудача.
Разглаживание списков осуществляется довольно интуитивно:
ghci> join [[1,2,3],[4,5,6]]
[1,2,3,4,5,6]
Как вы можете видеть, функция join для списков – это просто concat. Чтобы разгладить значение монады Writer, результат которого сам является значением монады Writer, нам нужно объединить моноидное значение с помощью функции mappend:
ghci> runWriter $ join (Writer (Writer (1, "aaa"), "bbb"))
(1,"bbbaaa")
Внешнее моноидное значение "bbb" идёт первым, затем к нему конкатенируется строка "aaa". На интуитивном уровне, когда вы хотите проверить результат значения типа Writer, сначала вам нужно записать его моноидное значение в журнал, и только потом вы можете посмотреть, что находится внутри него.
Разглаживание значений монады Either очень похоже на разглаживание значений монады Maybe:
ghci> join (Right (Right 9)) :: Either String Int
Right 9
ghci> join (Right (Left "ошибка")) :: Either String Int
Left "ошибка"
ghci> join (Left "ошибка") :: Either String Int
Left "ошибка"
Если применить функцию join к вычислению с состоянием, результат которого является вычислением с состоянием, то результатом будет вычисление с состоянием, которое сначала выполняет внешнее вычисление с состоянием, а затем результирующее. Взгляните, как это работает:
ghci> runState (join (state $ s –> (push 10, 1:2:s))) [0,0,0]
((),[10,1,2,0,0,0])
Здесь анонимная функция принимает состояние, помещает 2 и 1 в стек и представляет push 10 как свой результат. Поэтому когда всё это разглаживается с помощью функции join, а затем выполняется, всё это выражение сначала помещает значения 2 и 1 в стек, а затем выполняется выражение push 10, проталкивая число 10 на верхушку.
Реализация для функции join такова:
join :: (Monad m) => m (m a) –> m a
join mm = do
m <– mm
m
Поскольку результат mm является монадическим значением, мы берём этот результат, а затем просто помещаем его на его собственную строку, потому что это и есть монадическое значение. Трюк здесь в том, что когда мы вызываем выражение m <– mm, контекст монады, в которой мы находимся, будет обработан. Вот почему, например, значения типа Maybe дают в результате значения Just, только если и внешнее, и внутреннее значения являются значениями Just. Вот как это выглядело бы, если бы значение mm было заранее установлено в Just (Just 8):
joinedMaybes :: Maybe Int
joinedMaybes = do
m <– Just (Just 8)
m
Наверное, самое интересное в функции join – то, что для любой монады передача монадического значения в функцию с помощью операции >>= представляет собой то же самое, что и просто отображение значения с помощью этой функции, а затем использование функции join для разглаживания результирующего вложенного монадического значения! Другими словами, выражение m >>= f – всегда то же самое, что и join (fmap f m). Если вдуматься, это имеет смысл.
При использовании операции >>= мы постоянно думаем, как передать монадическое значение функции, которая принимает обычное значение, а возвращает монадическое. Если мы просто отобразим монадическое значение с помощью этой функции, то получим монадическое значение внутри монадического значения. Например, скажем, у нас есть Just 9 и функция x –> Just (x+1). Если с помощью этой функции мы отобразим Just 9, у нас останется Just (Just 10).
То, что выражение m >>= f всегда равно join (fmap f m), очень полезно, если мы создаём свой собственный экземпляр класса Monad для некоего типа. Это связано с тем, что зачастую проще понять, как мы бы разгладили вложенное монадическое значение, чем понять, как реализовать операцию >>=.
Ещё интересно то, что функция join не может быть реализована, всего лишь используя функции, предоставляемые функторами и аппликативными функторами. Это приводит нас к заключению, что монады не просто сопоставимы по своей силе с функторами и аппликативными функторами – они на самом деле сильнее, потому что с ними мы можем делать больше, чем просто с функторами и аппликативными функторами.