Haskell - 不明确的类型变量

Question

我在处理 Haskell 中的模糊类型时遇到了麻烦。我从以下开始:

module GameState
( GameState(..)
, GameStateMonad
, module Control.Monad.Trans
, module Control.Monad.Trans.State.Lazy
, Blank(..)
) where

import Control.Monad.Trans
import Control.Monad.Trans.State.Lazy

type GameStateMonad a b = StateT a IO b

class GameState a where
    update :: Double -> GameStateMonad a ()
    update deltaTime = return ()

    draw :: GameStateMonad a ()
    draw = return ()

    getNextState :: GameState b => GameStateMonad a (Maybe b)
    getNextState = return Nothing

    isStateFinished :: GameStateMonad a Bool
    isStateFinished = return True

-- This is just a dummy data and instance declaration to demonstrate the error
data Blank = Blank
instance GameState Blank

然后当我尝试在 ghci 中运行以下命令时:

runStateT getNextState Blank

我得到:

Ambiguous type variable `b0' in the constraint:
  (GameState b0) arising from a use of `getNextState'
Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)
...

我以为它在提示我的 getNextState 函数的默认实现没有指定具体类型，所以我尝试了以下操作:

getNextState :: GameState b => GameStateMonad a (Maybe b)
getNextState = return (Nothing :: Maybe Blank)

不幸的是我在编译时遇到了这个错误:

Could not deduce (b ~ Blank)
from the context (GameState a)
  bound by the class declaration for `GameState'
  at GameState.hs:(14,1)-(25,33)
or from (GameState b)
  bound by the type signature for
             getNextState :: GameState b => GameStateMonad a (Maybe b)
  at GameState.hs:22:5-50
  `b' is a rigid type variable bound by
      the type signature for
        getNextState :: GameState b => GameStateMonad a (Maybe b)
      at GameState.hs:22:5
...

但是我发现调用getNext状态的时候加上类型签名就可以运行代码:

runStateT (getNextState :: GameStateMonad Blank (Maybe Blank)) Blank

不幸的是，这让我无法编写通用代码来处理游戏状态。这对我来说也没什么意义。如果必须在返回后给它一个显式类型，那么返回一个多态类型有什么意义呢？原来的问题也让我很困惑，因为我可以做一个功能如下:

test :: Num a => Maybe a
test = Nothing

并且运行它没有问题。这不应该像我的原始代码那样提示模棱两可的类型吗？此外，当为返回值提供显式类型时，我无法像以前一样编译它:

test :: Num a => Maybe a
test = Nothing :: Maybe Int

我不明白为什么这是个问题。 Int 是 Num 类型的一个实例，所以函数的类型是正确的。

我有四个问题:

1. 为什么在返回类型类的元素时给出显式类型会导致编译错误？

2. 为什么在 getNextState 中返回不明确的 Maybe 值会导致错误，但在测试中却不会？

3. 为什么我没有对返回的多态数据调用函数就发生此错误，如解释的那样here ?

4. 在the link above ，答案提到“[你得到这个错误]因为你有一些东西产生多态结果，然后应用一个函数，该函数接受一个多态参数到那个结果，这样中间值的类型是未知的”。这是否意味着返回多态结果的函数本质上是无用的？

谢谢。

Answer 1

Cat Plus Plus原因已经解释过了

getNextState :: GameState b => GameStateMonad a (Maybe b)
getNextState = return (Nothing :: Maybe Blank)

行不通，所以我可以做空。类型签名 promise getNextState 可以为调用者要求的 b 类型传递 Maybe 类型的值。如果函数具有多态返回类型，则由函数的调用者决定返回什么类型。所以签名 promise “无论你想要什么，只要它是一个 GameState 实例”，但实现说“不，我不在乎你订购了什么，我返回一个 Blank”。

Ambiguous type variable `b0' in the constraint:
  (GameState b0) arising from a use of `getNextState'
Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)

来自打字

runStateT getNextState Blank

在 ghci 提示符下。如果你向 ghci 询问它的类型，它会告诉你

runStateT getNextState Blank :: GameState b => IO (Maybe b)

(不保证类型变量的选择)。但是没有上下文，所以 ghci 不知道用哪种类型来实例化 b。因此它不知道哪个它应该调用 getNextState 的实现[或者，它应该传递哪个字典，如果我们看一下 GHC 的类型类实现]。它无法解决这种歧义，因此它会告诉您相关情况并建议您如何解决。

test :: Num a => Maybe a
test = Nothing

是的，当您在 ghci 提示符下键入 test 时，这在原则上是相同的问题。但是有special rules用于在涉及一个数字类时解决歧义类型变量(其中歧义最常见，文字已经歧义)，并且所有涉及的约束都是简单的并且涉及 Prelude 或标准库的类。在那种情况下，不明确的类型变量被默认实例化，所以 ghci 会选择用 Integer 实例化 a 并打印 Nothing 类型的 可能是整数。

您的 GameState 类不可默认，这是这些示例之间的区别。

Why does this error occur without me calling a function on the returned polymorphic data, as explained here?

因为您没有调用任何可以确定类型的函数。如果你有一个类型的函数

foo :: Blank -> Int

然后输入

runStateT getNextState Blank >>= print . maybe 0 foo

foo 的使用将确定 b 并且一切都会膨胀。

然而，如果您调用一个多态函数(其参数类型无法从其结果类型推断)，问题将不会得到解决，反而会加剧，如链接示例中所示。那么二义性类型就再也无法从外部到达，永远无法解决。那么唯一的方法就是提供一个解决歧义的类型签名。

Doesn't this mean that functions that return a polymorphic result are essentially useless?

哦不，它们非常有用。查看read，或者fromInteger，realToFrac，...

关键是，必须以某种方式确定它们的使用类型。大多数情况下，这是由调用上下文完成的，但有时需要显式类型签名。