Monad Maybe

Posted 2020-07-31 哨兵

在上一篇, 我们创建了第一个Monad,Indentity<T>, 它可能是最简单的Monad, 使我们可以快速了解Monad的模式，而不用陷入细节。接下来我们创建一个有用的Monad, Maybe Monad.

        如你所知，任何引用类型如果没有指向实际的对象，它的值就是null, 空引用经常导致一些问题。在无法返回一个实例时 null通常被用作method的返回值.

        如果方法可能返回null, 我就应该check返回值是否为null, 执行一些分支代码. 如果我有一连串的方法调用，某些方法可能返回null,我们的意图很快就会因为null检查变的不清晰。如果能提出null检查将会使代码更清晰.

        我们要做两件事:首先使方法可以显示的返回null, 然后提出null 检查. Maybe monad可以使我们完成这两件事. C#包含Nullable<T>类型, 但它只能用于值类型，无法满足我们的需求。这里介绍一个新类型Maybe，它有两个子类，Nothing 表示没有值，Just表示含有一个值

public interface Maybe<T>{}

public class Nothing<T>:Maybe<T>
{
 pubic overrid string ToString()
{
return "Nothing"
}
}

public class Just<T>:Maybe<T>
{
public T Value{get;set}

public Just(T value)
{

Value=value;
}

public override string ToString()
{
return Value.ToString();
}
}

重写ToString不是必须的，只是使输出简单些. 你也可以将Maybe实现为一个单一类型，包含一个bool型属性 HasProperty, 但是我更喜欢上面的方式, 更接近于Haskell的风格。

为了让Maybe<T>变成Monad, 我们必须实现ToMaybe和Bind方法。ToMaybe比较简单，我们只需要使用参数创建一个新的Just:

public static Maybe<T> ToMaybe<T>(this T value)
{
return new Just<T>(value);
}

Bind方法更有趣，记住Bind是我们实现Monad行为的地方. 我们要提出null 检查的代码， 所以在Bind的实现中，如果this传入的是Nothing, 我们简单的返回一个Nothing, 只有当它有值时我们才调用第二个函数:

public static Maybe<B>Bind(this Maybe<A>a, Func<A,Maybe<B>>func)
{
var justa= a as Just<A>;

return justa==null?new Nothing<B>:func(a.Value);
}

Bind方法像一个回路，在一连串的方法调用中，如果有一个返回Nothing, 调用就会停止， 整串调用返回Nothing

最后我们实现SelectMany以使我们可以用Linq语法. 这次我们用Bind实现SelectMany:

public static Maybe<C>SelectMany<A,B,C>(this Maybe<A>a, Func<A,Maybe<B>>func, Func<A,B,C>select)
{
return a.Bind(aval=>

func(aval).Bind(bval=>

select(aval,bval).ToMaybe());
}

记住这个模式，一旦我们有了Bind的实现，任何Monad的SelectMany都是这模式实现

现在总结 一下. 这是一个安全的除法方法，它的签名告诉我们它可能不返回int.

public static Maybe<int>Div(this int numerator, int denominator
{
return denominator==0:(Maybe<int>)new Nothing<int>():new Just<int>(numerator/denominator);
}

接着将多个除法操作串起来:

public Maybe<int>DoSomeDivision(int denominator)
{

  return from a in 12.Div(denominator)

            from b in a.Div(2)

            select b;
}

Console.WriteLine(result);

看这块代码，任何地方都没有检查null的逻辑， 我们成功的将它们提出来了，现在我们用即DoSomeDivision和和其他类型一起使用:

var result= from a in "Hello world".ToMaybe()

                   from b in DoSomeDivision(2)

                   from c in (new DateTime(2010,1,14)).ToMaybe()

                    select a+" "+ b.ToString()+" " + c.ToShortDataeString();

Console.WriteLine(result);

仍然没有检查null, 我们混合了int,string 和DateTime。运行后输出结果：

Hello World! 3 14/01/2010

现在如果我们把被除数改为0, 

var result= from a in "Hello world".ToMaybe()

                   from b in DoSomeDivision(0)

                   from c in (new DateTime(2010,1,14)).ToMaybe()

                    select a+" "+ b.ToString()+" " + c.ToShortDataeString();

Console.WriteLine(result);

输出Nothing

看到DoSomeDivision返回的Nothing 如何使后续的操作"短路"了吗。它最终在操作串的结尾返回Nothing.如果用命令式编程实现这样的功能会很痛苦，Maybe可能是最简单但是有用的Monad了,但是我们仍可以看到它如何移除大量样板式的代码

下一篇我们将向前飞跃，创建一个monad 解析器, 展示我们拥有的强大能力.