铁定不纯的IO

写在前面

一直有个疑惑，Haskell号称纯函数式语言，那么铁定不纯的场景（肯定有副作用，或者操作本身就是副作用）如何解决？

比如（伪）随机数、I/O等，一个纯函数的随机数发生器肯定是不存在的，那要如何处理这种场景呢？

Haskell的做法其实类似于React的等组件生命周期函数，React建议（道德约束）保持是纯函数，带有副作用的操作挪到等生命周期中。也就是通过生命周期钩子，把纯的和不纯的区分开。Haskell提供了语句块，也是用来隔离不纯的部分的

一.I/O action

先看个函数类型：

函数接受一个类参数，返回一个，称之为I/O Action，也是一种类型，如下：

从类型上看，与类似，都是接受一个具体类型参数，返回具体类型（比如）

P.S.其中，newtype与类型声明类似，语法和用法也都基本相同，是更严格的类型声明（直接换成也能正常用，换就不一定了），具体区别是：

data can only be replaced with newtype if the type has exactly one constructor with exactly one field inside it.

二.用户输入

可以通过I/O Action获取用户输入，例如：

上面示例是个简单的程序，取一行输入，返回，并通过运算符把取出来，赋值给变量，为空则什么都不做（返回，结束），否则把该行内容通过输出到标准输出并换行，并递归执行

其中，表示入口函数（与C语言类似），用来把多个I/O Action合并成一个，返回被合并的最后一个I/O Action。另外，语句块里的I/O Action会执行，所以语句块有2个作用：

可以有多条语句，但最后要返回I/O Action

圈定不纯的环境，I/O Action能够在这个环境执行

类比JS，组合多条语句的功能类似于逗号运算符，返回最后一个表达式的值。圈定不纯环境类似于，I/O Action只能出现在语句块中，这一点类似于

P.S.实际上，执行I/O Action有3种方式：

绑定给时，作为入口函数

放到语句块里

在GHCi环境输入I/O Action再回车，如

执行

可以把当做普通函数在GHCi环境下执行，例如：

输入空行会退出，输入其它内容会按行原样输出

也可以编译得到可执行文件：

三.Control.Monad

模块还提供了一些适用于I/O场景函数，封装了一些固定的模式，比如、等，能够简化一些场景

return

用来把包成I/O Action，而不是从函数跳出。与作用相反（装箱/拆箱的感觉）：

两个用途：

用来制造什么都不做的I/O Action，比如示例里的部分

自定义语句块的返回值，比如不想把I/O Action直接作为语句块的返回值，想要二次加工的场景

when

也是一个函数：

可以接受一个布尔值和一个I/O Action（属于类），作用是布尔值为时值为I/O Action，否则值为，所以相当于：

这个东西的类型是：

所以如果用于I/O的话，第二个参数的返回类型只能是，看起来不很方便，但很适合条件输出的场景，毕竟等一系列输出函数都满足该类型

sequence

这个类型声明看起来比较复杂：

在I/O List的场景（把换成，换成），参数的类型约束是，返回值的类型约束是，所以相当于：

作用是把I/O List中所有I/O结果收集起来，形成List，再包进

P.S.有点的感觉，接受一组，返回一个新携带这组结果

mapM与mapM_

在I/O List的场景，第一个参数是输入输出的函数，第二个参数是，返回，返回值类型与一致。作用相当于先对做映射，得到I/O List，再来一发，例如：

与之类似，但丢弃结果，返回，很适合等不关心I/O Action结果的场景：

forM

与参数顺序相反，作用相同：

只是形式上的区别，如果第二个参数传入的函数比较复杂，看起来更清楚一些，例如：

P.S.最后用（交换参数顺序）也可以，但出于语义习惯，常用于定义I/O Action的场景（如根据生成）

forever

在I/O的场景，接受一个I/O Action，返回一个永远重复该Action的I/O Action。所以的示例可以近似地改写成：

在的场景体现不出来什么优势（甚至还跳不出去了，除非强制中断），但有一种场景很适合：

即文本处理（转换）的场景，输入文本结束时也结束，例如：

通过把文件内容逐渐行处理成大写形式，更进一步的：

把处理结果写入文件，符合预期

四.System.IO

之前使用的、都是模块里的函数，常用的还有：

其中用来输出值，相当于，用来输出字符串，末尾不带换行，二者的区别是：

P.S.IO模块的详细信息见System.IO

getContents

能够把所有用户输入作为字符串返回，所以可以这样改写：

不再一行一行处理，而是取出所有内容，一次全转换完。但如果编译执行该函数，会发现是逐行处理的：

这与输入缓冲区有关，具体见Haskell: How getContents works?

惰性I/O

字符串本身是一个惰性List，也是惰性I/O，不会一次性读入内容放到内存中

的示例中会一行一行读入再输出大写版本，因为只在输出的时候才真正需要这些输入数据。在这之前的操作都只是一种承诺，在不得不做的时候才要求兑现承诺，类似于JS的Promise：

非常形象，，等操作都只是造了一系列的，直到遇到需要输出结果才真正去做I/O再进行等运算

interact

接受一个字符串处理函数作为参数，返回空的I/O Action。非常适合文本处理的场景，例如：

等价于：

看起来麻烦了不少，函数名就叫交互，作用就是简化这种最常见的交互模式：输入字符串，处理完毕再把结果输出出来

五.文件读写

读个文件，原样显示出来：

形式类似于C语言读写文件，相当于文件指针，以只读模式打开文件得到文件指针，再通过指针读取其内容，最后释放掉文件指针。直觉的，我们试着这样做：

一切正常，读取文件的前两行，再输出出来，这个指针果然是能移动的

P.S.类似的含有很多，比如等等，与不带的版本类似，只是多个参数，例如：

回头看看这几个函数的类型：

接受一个和参数，返回，拿着这个就可以找或要文件内容了，最后通过释放文件指针相关的资源。其中就是（给定义的别名），是个枚举值（只读，只写，追加，读写4种模式）：

P.S.可以把文件指针当做书签来理解，书指的是整个文件系统，这个比喻非常形象

withFile

看起来又是一种模式的封装，那么，用它来简化上面读文件的示例：

看起来更清爽了一些，越来越多的函数式常见套路，做的事情无非两种：

抽象出通用模式，包括等类型抽象，等常用模式抽象

简化关键逻辑之外的部分，比如，等工具函数能够帮助剥离样板代码（等一板一眼的操作），更专注于关键逻辑

所以，所作的事情就是按照传入的文件路径和读取模式，打开文件，把得到的注入给文件处理函数（第3个参数），最后再把关掉：

注意，这里体现了的重要作用，我们需要在返回结果之前，所以必须要有返回自定义值的机制

readFile

输入文件路径，输出，Open/Close的环节都省掉了，能让读文件变的非常简单：

writeFile

输入文件路径，和待写入的字符串，返回个空的I/O Action，同样省去了与打交道的环节：

文件不存在会自动创建，覆盖式写入，用起来非常方便。等价于手动控件的麻烦方式：

appendFile

类型与一样，只是内部用了，把内容追加到文件末尾

其它文件操作函数

注意，其中和都是模块定义的（而不是中的），文件增删改查，权限管理等函数都在模块，例如等等

P.S.更多文件操作函数，见System.Directory

参考资料

Haskell default io buffering

Buffering operations

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