haskell - 如何在 Haskell 项目中组织大量状态

Question

我正在编写我的第一个真正的 Haskell 项目，并且在程序中组织状态时遇到了麻烦。这是一个Gameboy Color模拟器，所以有很多小flag，整个状态看起来像

data Memory s = Memory { memory :: STUArray s Word16 Word8
                       , registers :: STUArray s Word8 Word8
                       , sp :: STRef s Word16
                       , pc :: STRef s Word16
                       , cycles :: STRef s Word16
                       , ime :: STRef s Bool --Interrupt Master Enable Flag
                       , halt :: STRef s Bool --Are we halted or not
                       , mode :: STRef s GPUMode -- GPU mode
                       , line :: STRef s Word8 -- GPU line
                       , transferred :: STRef s Bool
                       , gpuCycles :: STRef s Word16
                       , window :: Window
                       , renderer :: Renderer
                       }

我对状态进行所有读/写，例如:

 data Address = OneRegister Register
          | TwoRegister {registerA :: Register, registerB :: Register}
          | MemAddr Word16
          | SP
          | PC
          | CYCLES
          | IME
          | HALT_STATE
          | GPU_MODE
          | GPU_LINE
          | GPU_TRANSFERRED_LINE
          | GPU_CYCLES

  data MemVal = MemVal8 Word8
          | MemVal16 Word16
          | Flag Bool
          | Mode GPUMode

  read :: Memory s -> Address -> ST s MemVal
  write :: Memory s -> Address -> MemVal -> ST s ()

你可以看到: https://github.com/nikhilunni/HaskellBoy/blob/master/src/Memory.hs

有什么更简洁的方法可以让我组织一切吗？如果可能的话，我想在各种组件(CPU、GPU、磁带库切换等)之间划分状态。在 Haskell 中有一个大的单片状态类型是惯用的吗？

向程序添加新状态是一个相当大的痛苦。 Control.Lens 包似乎是正确的，但我不确定我是否可以很容易地将它与 ST 结合起来。

谢谢!

Answer 1

镜头对这类东西绝对有很大帮助，但你更愿意将它们与 State 中的大型嵌套纯状态对象一起使用。 monad，而不是 ST .而且我认为这对于所有这些变量可能都可以，尽管对于数组来说可能是 Not Acceptable (每次修改都需要深度复制。

所以我可以想到两个选择:

从数组切换到具有高效纯函数更新的数据结构，例如 Sequence .抛弃那些STRefs完全赞成 State 中基于镜头的更新.这不会像 ST 中的破坏性数组更新那样有效，但如果要在快速的现代计算机上模拟 Game Boy，它可能会起作用。

拆分内存类型，以便您可以将数组保存在 ST 中，但将所有其他状态组合在一个 STRef 中到纯数据结构。然后你可以使用镜头。

data Memory s = Memory { memory :: STUArray s Word16 Word8
                       , registers :: STUArray s Word8 Word8
                       , memRefs :: STRef s MemRefs
                       , window :: Window
                       , renderer :: Renderer
                       }

data MemRefs = MemRefs { _sp :: Word16
                       , _pc :: Word16
                       , _cycles :: Word16
                       , _ime :: Bool --Interrupt Master Enable Flag
                       , _halt :: Bool --Are we halted or not
                       , _mode :: GPUMode -- GPU mode
                       , _line :: Word8 -- GPU line
                       , _transferred :: Bool
                       , _gpuCycles :: Word16
                       }
mkLenses ''MemRefs

好消息是，您现在可以对 MemRef 进行分组。输入 al gusto，并使用镜头方便地伸入结构中。通过使结构更像树，更新实际上会变得更有效率。 (您可能还想拆箱 Word16 和 Bool 字段，将这么小的类型装箱真的很浪费。)

即便如此，您也应该做好准备，它不会像 C++ 中类似复杂的实现那样运行得那么快。要获得可比较的性能，您可能必须手动修改所有状态以使用单个 STArray其中所有状态信息都被编码，并在 ST 中编写丑陋的 OO 风格的 getter 和 setter使其远程方便。