Promise是Monad嗎?

Fundebug發表於2017-06-27
Promise

譯者按: 近年來，函式式語言的特性都被其它語言學過去了。

為了保證可讀性，本文采用意譯而非直譯。另外，本文版權歸原作者所有，翻譯僅用於學習。

如果你使用函數語言程式設計，不管有沒有用過函式式語言，在某總程度上已經使用過Monad。可能大多數人都不知道什麼叫做Monad。在這篇文章中，我不會用數學公式來解釋什麼是Moand，也不使用Haskell，而是用JavaScript直接寫Monad。

作為一個函式式程式設計師，我首先來介紹一下基礎的複合函式：

const add1 = x => x + 1
const mul3 = x => x * 3

const composeF = (f, g) => {
  return x => f(g(x))
}

const addOneThenMul3 = composeF(mul3, add1)
console.log(addOneThenMul3(4)) // 列印 15
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複合函式composeF接收f和g兩個引數，然後返回值是一個函式。該函式接收一個引數x, 先將函式g作用到x, 其返回值作為另一個函式f的輸入。

addOneThenMul3是我們通過composeF定義的一個新的函式：由mul3和add1複合而成。

接下來看另一個實際的例子：我們有兩個檔案，第一個檔案儲存了第二個檔案的路徑，第二個檔案包含了我們想要取出來的內容。使用剛剛定義的複合函式composeF, 我們可以簡單的搞定：

const readFileSync = path => {
  return fs.readFileSync(path.trim()).toString()
}

const readFileContentSync = composeF(readFileSync, readFileSync)
console.log(readFileContentSync('./file1'))
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readFileSync是一個阻塞函式，接收一個引數path，並返回檔案中的內容。我們使用composeF函式將兩個readFileSync複合起來，就達到我們的目的。是不是很簡潔？

但如果readFile函式是非同步的呢？如果你用Node.js 寫過程式碼的話，應該對回撥很熟悉。在函式式語言裡面，有一個更加正式的名字：continuation-passing style 或則 CPS。

我們通過如下函式讀取檔案內容：

const readFileCPS = (path, cb) => {
  fs.readFile(
    path.trim(),
    (err, data) => {
      const result = data.toString()
      cb(result)
    }
  )
}
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但是有一個問題：我們不能使用composeF了。因為readCPS函式本身不在返回任何東西。 我們可以重新定義一個複合函式composeCPS,如下：

const composeCPS = (g, f) => {
  return (x, cb) => {
    g(x, y => {
      f(y, z => {
        cb(z)
      })
    })
  }
}

const readFileContentCPS = composeCPS(readFileCPS, readFileCPS)
readFileContentCPS('./file1', result => console.log(result))
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注意：在composeCPS中，我交換了引數的順序。composeCPS會首先呼叫函式g,在g的回撥函式中，再呼叫f, 最終通過cb返回值。

接下來，我們來一步一步改進我們定義的函式。

第一步，我們稍微改寫一下readFIleCPS函式：

const readFileHOF = path => cb => {
  readFileCPS(path, cb)
}
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HOF是 High Order Function (高階函式)的縮寫。我們可以這樣理解readFileHOF: 接收一個為path的引數，返回一個新的函式。該函式接收cb作為引數，並呼叫readFileCPS函式。

並且，定義一個新的複合函式:

const composeHOF = (g, f) => {
  return x => cb => {
    g(x)(y => {
      f(y)(cb)
    })
  }
}

const readFileContentHOF = composeHOF(readFileHOF, readFileHOF)
readFileContentHOF('./file1')(result => console.log(result))
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第二步，我們接著改進readFileHOF函式：

const readFileEXEC = path => {
  return {
    exec: cb => {
      readFileCPS(path, cb)
    }
  }
}
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readFileEXEC函式返回一個物件，物件中包含一個exec屬性，而且exec是一個函式。

同樣，我們再改進複合函式：

const composeEXEC = (g, f) => {
  return x => {
    return {
      exec: cb => {
        g(x).exec(y => {
          f(y).exec(cb)
        })
      }
    }
  }
}

const readFileContentEXEC = composeEXEC(readFileEXEC, readFileEXEC)
readFileContentEXEC('./file1').exec(result => console.log(result))
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現在我們來定義一個幫助函式:

const createExecObj = exec => ({exec})
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該函式返回一個物件，包含一個exec屬性。 我們使用該函式來優化readFileEXEC函式：

const readFileEXEC2 = path => {
  return createExecObj(cb => {
    readFileCPS(path, cb)
  })
}
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readFileEXEC2接收一個path引數，返回一個exec物件。

接下來，我們要做出重大改進，請注意！ 迄今為止，所以的複合函式的兩個引數都是huan'hnh函式，接下來我們把第一個引數改成exec物件。

const bindExec = (execObj, f) => {
  return createExecObj(cb => {
    execObj.exec(y => {
      f(y).exec(cb)
    })
  })
}
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該bindExec函式返回一個新的exec物件。

我們使用bindExec來定義讀寫檔案的函式：

const readFile2EXEC2 = bindExec(
  readFileEXEC2('./file1'),
  readFileEXEC2
)
readFile2EXEC2.exec(result => console.log(result))
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如果不是很清楚，我們可以這樣寫：

bindExec(
  readFileEXEC2('./file1'),
  readFileEXEC2
)
.exec(result => console.log(result))
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我們接下來把bindExec函式放入exec物件中：

const createExecObj = exec => ({
  exec,
  bind(f) {
    return createExecObj(cb => {
      this.exec(y => {
        f(y).exec(cb)
      })
    })
  }
})
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如何使用呢？

readFileEXEC2('./file1')
.bind(readFileEXEC2)
.exec(result => console.log(result))
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這已經和在函式式語言Haskell裡面使用Monad幾乎一模一樣了。

我們來做點重新命名：

  • readFileEXEC2 -> readFileAsync
  • bind -> then
  • exec -> done
readFileAsync('./file1')
.then(readFileAsync)
.done(result => console.log(result))
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發現了嗎？竟然是Promise!

Monad在哪裡呢？

從composeCPS開始，都是Monad.

  • readFIleCPS是Monad。事實上，它在Haskell裡面被稱作Cont Monad；
  • exec 物件是一個Monad。事實上，它在Haskell裡面被稱作IO Monad。

Monad 有什麼性質呢？

  1. 它有一個環境；
  2. 這個環境裡面不一定有值；
  3. 提供一個獲取該值的方法；
  4. 有一個bind函式可以把值從第一個引數Monad中取出來，並呼叫第二個引數函式。第二個函式要返回一個Monad。並且該返回的Monad型別要和第一個引數相同。

陣列也可以成為Monad

Array.prototype.flatMap = function(f) {
  const r = []
  for (var i = 0; i < this.length; i++) {
    f(this[i]).forEach(v => {
      r.push(v)
    })
  }
  return r
}

const arr = [1, 2, 3]
const addOneToThree = a => [a, a + 1, a + 2]

console.log(arr.map(addOneToThree))
// [ [ 1, 2, 3 ], [ 2, 3, 4 ], [ 3, 4, 5 ] ]

console.log(arr.flatMap(addOneToThree))
// [ 1, 2, 3, 2, 3, 4, 3, 4, 5 ]
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我們可以驗證：

  1. [] 是環境
  2. []可以為空，值不一定存在；
  3. 通過forEach可以獲取；
  4. 我們定義了flatMap來作為bind函式。

結論

  • Monad是回撥函式 ? 根據性質3，是的。

  • 回撥函式式Monad? 不是，除非有定義bind函式。

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