haskell - Haskell 中不同的、交互的状态级别

Question

我正在模拟 4 位微处理器。我需要跟踪寄存器、内存和运行输出(还有一个获取执行周期计数器的奖励点)。我已经成功地在没有 monad 的情况下做到了这一点，但同时明确地传递这么多东西感觉很困惑。而且函数定义又乱又长，难以阅读。

我尝试用 monad 来做到这一点，但它只是不适合在一起。我尝试将所有单独的状态组件视为单一类型，但这给我留下了如何生成值的问题。

State Program () -- Represents the state of the processor after a single iteration of the fetch execute cycle

是唯一有意义的类型。但那时为什么还要麻烦呢？我尝试通过将字符串从复合类型中拉出并将其视为值来分解它

State Program' String

效果很好，除了我需要 RUNNING 输出这一事实。无论我做什么，我都无法同时保留字符串和状态。

现在我正在尝试解决 monad 转换器。看来我必须将所有不同级别的状态分开。但我的头快爆炸了。

StateT Registers (StateT Memory (State Output)) a = 
StateT (registers -> (StateT Memory (State Output)) (a,registers))

StateT Registers (StateT Memory (State Output)) a = 
StateT (registers -> (Memory -> (Output -> (((a,Registers),Memory),Output))))

我什至还没有放入 FEcycle 计数器!

问题:

1. 我走的路正确吗？
2. 既然我现在正在拔出 monad 变压器，是否可以停止将“运行输出”视为状态并将其交给 IO monad？那太棒了，我可以打印它，而不是保留它。
3. 我应该将状态分成几层？我可以看到两个不同的层，但它们彼此紧密依赖(内存和寄存器都依赖于内存和寄存器的状态)。我应该将它们作为一个状态保留在一起还是将它们分开并堆叠起来？哪种方法会产生最具可读性的代码？

Answer 1

将多个状态单子(monad)分层是一个坏主意:您必须组合一堆lift来获取每个状态，仅通过向下的层数来识别它就是堆栈。哎呀!事实上，除了极少数异常(exception)，mtl 库通常被设计为与堆栈中的每种“种类”有一个 monad 转换器一起使用。

相反，我建议使用StateT Program IO ()。状态接口(interface)是相同的，正如您所说，您可以简单地使用 liftIO 在 IO 中进行输出。当然，值类型是 ()，但这有什么问题呢？您无法从顶级模拟器返回任何相关值。当然，您可能会将更小的、可重用的组件作为模拟器的一部分，并且这些组件将具有相关的结果类型。 (事实上​​，get 就是这样的组件之一。)顶层没有有意义的返回值并没有什么问题。

为了方便地访问该 State 的各个部分，您需要的是镜片； this Stack Overflow answer是一个很好的介绍。它们使您可以简单轻松地访问和修改状态的独立部分。例如，使用 data-lens实现时，您可以轻松编写诸如 regA += 1 之类的内容来递增 regA，或 stack %= drop 2 来删除 的前两个元素堆栈。

当然，它本质上是将您的代码转变为一组全局变量的命令式突变，但这实际上是一个优势，因为这正是您正在模拟的 CPU 所基于的范例。并且与 data-lens-template包中，您可以从一行记录定义中导出这些镜头。