MP in Scala

MP = Monadic Programming 1. モナドとは何か 2. モナドの基本的な扱い方 3. モナド変換子の使い方

自己紹介

( d e f p r o f i l e 大橋 賢人 [ O H A S H I K e n t ] : c o m p a n y 株式会社オプト テクノロジー 開発２部 : g i t h u b @ l a g e n o r h y n q u e : t w i t t e r @ l a g e n o r h y n q u e : l a n g u a g e s [ P y t h o n H a s k e l l C l o j u r e S c a l a E n g l i s h f r a n ç a i s D e u t s c h р у с с к и й ] : i n t e r e s t s [ プログラミング 語学 数学] )

モナド(Monad) とは 一言で言えば、 f l a t M a p できる型クラス(type class)。 F[A] => (A => F[B]) => F[B] 型クラスFunctor, Applicative の上位互換。 / / s c a l a z . M o n a d t r a i t M o n a d [ F [ _ ] ] e x t e n d s A p p l i c a t i v e [ F ] w i t h B i n d [ F ] { a b s t r a c t d e f b i n d [ A , B ] ( f a : F [ A ] ) ( f : ( A ) ⇒ F [ B ] ) : F [ B ] a b s t r a c t d e f p o i n t [ A ] ( a : ⇒ A ) : F [ A ] . . . } - - H a s k e l l c l a s s A p p l i c a t i v e m = > M o n a d m w h e r e ( > > = ) : : f o r a l l a b . m a - > ( a - > m b ) - > m b r e t u r n : : a - > m a . . .

モナドの具体例 例えば、 。 O p t i o n 標準ライブラリでは型クラスとして実装されているわけではないが Functor, Applicative, Monad に相当する機能を備えている。

Functor の m a p F[A] => (A => B) => F[B] にあたる。 s c a l a z . F u n c t o r . m a p v a l n : O p t i o n [ I n t ] = S o m e ( 1 ) v a l f : I n t = > S t r i n g = x = > x . t o S t r i n g / / O p t i o n # m a p n . m a p ( f ) / / O p t i o n # f l a t M a p による実装 n . f l a t M a p { a = > S o m e ( f ( a ) ) } / / f o r 式による実装 f o r { a < - n } y i e l d f ( a )

Applicative の a p / < * > F[A] => F[A => B] => F[B] , にあたる。 s c a l a z . A p p l y . a ps c a l a z . s y n t a x . A p p l y O p s . < * > v a l n : O p t i o n [ I n t ] = S o m e ( 1 ) v a l f : O p t i o n [ I n t = > S t r i n g ] = S o m e ( x = > x . t o S t r i n g ) / / O p t i o n # f l a t M a p , O p t i o n # m a p による実装 n . f l a t M a p { a = > f . m a p { g = > g ( a ) } } / / f o r 式による実装 f o r { a < - n g < - f } y i e l d g ( a )

Monad の f l a t M a p / b i n d / > > = F[A] => (A => F[B]) => F[B] , にあたる。 s c a l a z . B i n d . b i n ds c a l a z . s y n t a x . B i n d O p s . > > = v a l n : O p t i o n [ I n t ] = S o m e ( 1 ) v a l f : I n t = > O p t i o n [ S t r i n g ] = x = > S o m e ( x . t o S t r i n g ) / / O p t i o n # f l a t M a p n . f l a t M a p ( f ) / / f o r 式による実装 f o r { a < - n b < - f ( a ) } y i e l d b

同種のモナドを扱う場合 例えば、 O p t i o n を単独で使う場合

同種のモナドを扱う場合 (1) パター ンマッチ 構造に注目して分解(unapply, destructure) する。 c a s e c l a s s U s e r ( f i r s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] , l a s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] ) d e f u s e r N a m e ( u s e r : U s e r ) : O p t i o n [ S t r i n g ] = u s e r m a t c h { c a s e U s e r ( S o m e ( f i r s t ) , S o m e ( l a s t ) ) = > S o m e ( s " $ f i r s t $ l a s t " ) c a s e _ = > N o n e }

同種のモナドを扱う場合 (2) 高階関数 高階関数 m a p , f l a t M a p , etc. を組み合わせる。 c a s e c l a s s U s e r ( f i r s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] , l a s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] ) d e f u s e r N a m e ( u s e r : U s e r ) : O p t i o n [ S t r i n g ] = u s e r . f i r s t N a m e . f l a t M a p { f i r s t = > u s e r . l a s t N a m e . m a p { l a s t = > s " $ f i r s t $ l a s t " } }

同種のモナドを扱う場合 (3) f o r 式 モナドのためのシンタックスシュガー を活用する。 c a s e c l a s s U s e r ( f i r s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] , l a s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] ) d e f u s e r N a m e ( u s e r : U s e r ) : O p t i o n [ S t r i n g ] = f o r { f i r s t < - u s e r . f i r s t N a m e l a s t < - u s e r . l a s t N a m e } y i e l d s " $ f i r s t $ l a s t "

異種のモナドが混在する場合 例えば、 O p t i o n と を組み合わせて s c a l a z . \ / E \ / O p t i o n [ A ] として扱う必要がある場合

異種のモナドが混在する場合 (1) パター ンマッチ i m p o r t s c a l a z . _ , S c a l a z . _ c a s e c l a s s U s e r ( i d : I n t , f i r s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] , l a s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] ) d e f u s e r R o l e ( i d : I n t ) : E r r o r \ / R o l e = ? ? ? d e f u s e r I n f o ( u s e r : U s e r ) : E r r o r \ / O p t i o n [ S t r i n g ] = u s e r R o l e ( u s e r . i d ) m a t c h { c a s e \ / - ( r o l e ) = > u s e r m a t c h { c a s e U s e r ( _ , S o m e ( f i r s t ) , S o m e ( l a s t ) ) = > \ / - ( S o m e ( s " $ f i r s t $ l a s t : $ r o l e " ) ) c a s e _ = > \ / - ( N o n e ) } c a s e - \ / ( e r r o r ) = > - \ / ( e r r o r ) }

問題点 複数階層のモナドの分解・ 再構築が煩わしい 構造に強く依存しているため変更に弱い パター ンマッチがネストして書きづらく読みづらい

異種のモナドが混在する場合 (2) 高階関数 i m p o r t s c a l a z . _ , S c a l a z . _ c a s e c l a s s U s e r ( i d : I n t , f i r s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] , l a s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] ) d e f u s e r R o l e ( i d : I n t ) : E r r o r \ / R o l e = ? ? ? d e f u s e r I n f o ( u s e r : U s e r ) : E r r o r \ / O p t i o n [ S t r i n g ] = u s e r R o l e ( u s e r . i d ) . m a p { r o l e = > u s e r . f i r s t N a m e . f l a t M a p { f i r s t = > u s e r . l a s t N a m e . m a p { l a s t = > s " $ f i r s t $ l a s t : $ r o l e " } } }

問題点 構造を直接扱う必要はないが関数がネストして書きづらく読みづらい

異種のモナドが混在する場合 (3) f o r 式 i m p o r t s c a l a z . _ , S c a l a z . _ c a s e c l a s s U s e r ( i d : I n t , f i r s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] , l a s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] ) d e f u s e r R o l e ( i d : I n t ) : E r r o r \ / R o l e = ? ? ? d e f u s e r I n f o ( u s e r : U s e r ) : E r r o r \ / O p t i o n [ S t r i n g ] = f o r { r o l e < - u s e r R o l e ( u s e r . i d ) } y i e l d f o r { f i r s t < - u s e r . f i r s t N a m e l a s t < - u s e r . l a s t N a m e } y i e l d s " $ f i r s t $ l a s t : $ r o l e "

問題点 関数はネストしないがf o r 式が連鎖して書きづらく読みづらい

モナド変換子(monad transformer) とは 一言で言えば、 あるモナドに別のモナドを上乗せ( 合成) したモナド。 ネストしたモナドをネストしていないかのように扱えるようになる。 e.g. , , s c a l a z . O p t i o n Ts c a l a z . E i t h e r Ts c a l a z . L i s t T

モナド変換子の生成と変換 / / 型パラメー タを1 個とる型F ( モナド) t y p e F [ A ] = ? ? ? / / F とO p t i o n でネストしたモナド v a l f O p t i o n A : F [ O p t i o n [ A ] ] = ? ? ? / / O p t i o n とF を合成したO p t i o n T v a l o p t i o n T F A : O p t i o n T [ F , A ] = ? ? ? / / O p t i o n v a l o p t i o n A : O p t i o n [ A ] = ? ? ? / / F v a l f A : F [ A ] = ? ? ? / / F [ O p t i o n [ A ] ] → O p t i o n T [ F , A ] O p t i o n T . o p t i o n T ( f O p t i o n A ) / / O p t i o n T [ F , A ] → F [ O p t i o n [ A ] ] o p t i o n T F A . r u n / / O p t i o n [ A ] → F [ O p t i o n [ A ] ] → O p t i o n T [ F , A ] O p t i o n T . o p t i o n T ( o p t i o n A . p o i n t [ F ] ) / / F [ A ] → O p t i o n T [ F , A ] f A . l i f t M [ O p t i o n T ]

モナド変換子の導入 ここではモナド変換子 s c a l a z . O p t i o n T を利用して O p t i o n と s c a l a z . \ / を合成してみる。

i m p o r t s c a l a z . _ , S c a l a z . _ c a s e c l a s s U s e r ( i d : I n t , f i r s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] , l a s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] ) d e f u s e r R o l e ( i d : I n t ) : E r r o r \ / R o l e = ? ? ? t y p e E r r o r O r R e s u l t [ + A ] = E r r o r \ / A d e f u s e r I n f o ( u s e r : U s e r ) : E r r o r \ / O p t i o n [ S t r i n g ] = ( f o r { r o l e < - u s e r R o l e ( u s e r . i d ) . l i f t M [ O p t i o n T ] f i r s t < - O p t i o n T . o p t i o n T ( u s e r . f i r s t N a m e . p o i n t [ E r r o r O r R e s u l t ] ) l a s t < - O p t i o n T . o p t i o n T ( u s e r . l a s t N a m e . p o i n t [ E r r o r O r R e s u l t ] ) } y i e l d s " $ f i r s t $ l a s t : $ r o l e " ) . r u n

O p t i o n [ + A ] と E \ / A をf o r 式1 つでシンプルに扱える モナド変換子への変換がやや冗長

さらにリファクタ モナド変換子への変換を関数として抽出してみる。

i m p o r t s c a l a z . _ , S c a l a z . _ c a s e c l a s s U s e r ( i d : I n t , f i r s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] , l a s t N a m e : O p t i o n [ S t r i n g ] ) d e f u s e r R o l e ( i d : I n t ) : E r r o r \ / R o l e = ? ? ? t y p e E r r o r O r R e s u l t [ + A ] = E r r o r \ / A d e f f r o m O p t i o n [ A ] ( a : O p t i o n [ A ] ) : O p t i o n T [ E r r o r O r R e s u l t , A ] = O p t i o n T . o p t i o n T ( a . p o i n t [ E r r o r O r R e s u l t ] ) d e f f r o m E i t h e r [ A ] ( a : E r r o r O r R e s u l t [ A ] ) : O p t i o n T [ E r r o r O r R e s u l t , A ] = a . l i f t M [ O p t i o n T ] d e f u s e r I n f o ( u s e r : U s e r ) : E r r o r \ / O p t i o n [ S t r i n g ] = ( f o r { r o l e < - u s e r R o l e ( u s e r . i d ) ▹ f r o m E i t h e r f i r s t < - u s e r . f i r s t N a m e ▹ f r o m O p t i o n l a s t < - u s e r . l a s t N a m e ▹ f r o m O p t i o n } y i e l d s " $ f i r s t $ l a s t : $ r o l e " ) . r u n

ちなみに Q: このtype alias は何のためにあるのか? t y p e E r r o r O r R e s u l t [ + A ] = E r r o r \ / A A: モナド変換子の型パラメー タにカインド(kind) を合わせるため。

型 カインド O p t i o n T [ F [ _ ] , A ] のF [ _ ] * - > * \ / [ + A , + B ] * - > * - > * / / 方法1 : t y p e a l i a s する t y p e E r r o r O r R e s u l t [ + A ] = E r r o r \ / A O p t i o n T [ E r r o r O r R e s u l t , A ] / / 方法2 : インラインでt y p e a l i a s する( t y p e l a m b d a ) O p t i o n T [ ( { t y p e λ [ + α ] = E r r o r \ / α } ) # λ , A ] / / 方法3 : コンパイラプラグインK i n d P r o j e c t o r を利用する O p t i o n T [ E r r o r \ / + ? , A ]

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