Haskell:如何在 State monad 之上编写交互式解释器？

Question

我们正在开发一个在内部使用状态单子(monad)的模型文件系统。我们有一个类型类，其操作如下:

class Monad m => FS m where
  isDirectory  :: Path -> m Bool
  children     :: Path -> m [Path]
  ...

我们正在开发一个小的交互式解释器，它将提供像 cd 这样的命令。 , ls , cat ， 等等。解释器中的操作可以这样写:

fsop :: FS m => Operation -> m Response

Operation 的定义和 Response不重要；如果你喜欢，把它们当作字符串。

我要解决的问题是在解释文件系统的 I/O monad 中编写一个顶级循环 Operation s 并打印响应。如果 IO 是 FS 的一个实例(也就是说，如果我们直接使用 IO monad)，生活会很简单:我们可以写

loop :: Path -> IO ()
loop currentDir = do
        op <- getLine
        case read op of
          ChangeDir d -> loop d -- should test 'isDirectory d', but let's not
          Ls -> do { files <- children currentDir
                   ; mapM_ putStrLn files
                   ; loop currentDir }
          Exit -> return ()

但这不是我想要的。我想使用 Control.Monad.State :

newtype Filesystem a = Filesystem (State (Data.Map.Map Path Contents) a)

并声明

instance Monad Filesystem ...
instance FS Filesystem ...

使用 FS抽象，我可以编写一个适用于任何实例的单步函数，并且确实可以编译以下代码:

step :: FS fs => Path -> Operation -> fs (Path, Response)
step currentDir op = 
        case op of
          ChangeDir d -> return (d, "")
          Ls -> do { files <- children currentDir
                   ; return (currentDir, unlines files) }

在这一点上，我完全被困住了。 我要做的是在 IO monad 中编写一个交互式循环，可以读取 Operation s 和打印 Response s，但它适用于不一定是 IO 的状态单子(monad)。 (有一个不在 IO 中的模型的原因之一是我们可以测试 QuickCheck 属性。)

我觉得这必须是一个标准问题——在不是 IO 的有状态抽象之上的交互式读取-评估-打印循环。 ——但我一定错过了一些非常明显的东西，因为我似乎无法弄清楚。我在网上看过，但没有开悟。

任何帮助编写可调用 step 的交互式、执行 IO 的计算将不胜感激。

Answer 1

使用单子(monad)变压器怎么样？它们或多或少是组合 monad 的标准方式。这是一个简单的例子:

type Foo a = StateT String IO a

replT :: Foo ()
replT = do
  str   <- liftIO getLine
  state <- get
  liftIO $ putStrLn ("current state: " ++ state)
  liftIO $ putStrLn ("setting state: " ++ str)
  put str
  replT

下面是从 ghci 中运行 replT 的结果。

*Main> runStateT replT "Initial state"
asd
current state: Initial state
setting state: asd
zxc
current state: asd
setting state: zxc
asdasd

有三个 monad 转换器库。 mtl、变压器和 monadLib。我不能推荐它们中的任何一个，因为我不经常使用它们。