Java泛型推断类型

Question

好的，所以我在java中实现状态monad。 但是，我似乎无法让泛型工作正常。 我有下面的代码，我正在努力避免指出的情况。

public interface Monad<M, A> 
{
    <B, R extends Monad<M, B>> R bind(Function<? super A, R> p_function);
}

public class State<S, A> implements Monad<State<S, ?>, A>
{
    private Function<S, Pair<S, A>> m_function;

    public State(Function<S, Pair<S, A>> p_function)
    {
        m_function = p_function;
    }

    public final Pair<S, A> run(S p_state)
    {
        return m_function.apply(p_state);
    }

    @Override
    public <B, R extends Monad<State<S, ?>, B>> R bind(
            final Function<? super A, R> p_function) 
    {
        // I want to avoid the cast to R here
        return (R) new State<S, B>((S state) -> {
            Pair<S, A> run = run(state);
            // And this cast, but they seem related
            State<S, B> applied = (State<S, B>) p_function.apply(run.second());
            return applied.run(run.first());
        });
    }
}

注意：我知道如果我能够bind的签名
<B> Monad<M, B> bind(Function<? super A, ? extends Monad<M, B>> p_function);
演员阵容可以避免。 但是，这会导致以下方法中的编译错误

public static <A, B, C, M, MB extends Monad<M, B>, MC extends Monad<M, C>> 
Function<A, MC> compose(
        Function<? super A, MB> p_first, Function<? super B, MC> p_second)
{
    // have to use an anonymous class here, because using a closure causes a
    // runtime error with the beta version of JDK 8
    return new Function<A, MC>() {

        @Override
        public MC apply(A arg) {
            MB monadOfB = p_first.apply(arg);
            return monadOfB.<C> bind(p_second); // <-- type error here
        }
    };
}

现在，我也尝试以类似的方式改变compose的签名。 即，而不是MB extends Monad<M, B>我使用Monad<M, B>其中使用MB并且类似地使用MC。 这使得compose方法编译。 然而， compose的调用者无法正确推断返回类型

Function<String, State<Integer, String>> left = ...; 
Function<String, State<Integer, String>> right = ...; 
Function<String, State<Integer, String>> composed = Monad.compose(left, right);

如果没有在方法调用上指定类型，则不起作用，而在此之前。

如何使所有这些仿制药一起很好地发挥作用？

Answer 1

为了使您的示例正常工作，您需要以类似于以下方式定义类：

class State<S, B> extends Monad<State<S, ?>, B> {}
class Monad<T, U> {}

R是Monad<State<S, ?>, B>的子类，sb也是Monad<State<S, ?>, B>的子类，但没有理由它也是R

这就像写作：

Number n = 123.5d;
Integer i = n; //does not compile: cast required
Integer j = (Integer) n; //throws an exception

---

编辑

我不熟悉你想要实现的目标，这个简化可能无法实现你的目标，但它会编译（我已经删除了lambdas，因为我目前没有安装jdk8编译器）：

public class Test1 {

    public static <A, B, C, M> Function<A, Monad<M, C>> compose(final Function<? super A, Monad<M, B>> p_first, 
                                                                final Function<? super B, Monad<M, C>> p_second) {
        // have to use an anonymous class here, because using a closure causes a runtime error
        // with the beta version of JDK 8
        return new Function<A, Monad<M, C>>() {
            @Override
            public Monad<M, C> apply(A arg) {
                Monad<M, B> monadOfB = p_first.apply(arg);
                return monadOfB.bind(p_second); // <-- type error here
            }
        };
    }
}

interface Monad<M, A> {

    <B> Monad<M, B> bind(Function<? super A, Monad<M, B>> p_function);
}

class State<S, A> implements Monad<State<S, ?>, A> {

    private Function<S, Pair<S, A>> m_function;

    public State(Function<S, Pair<S, A>> p_function) {
        m_function = p_function;
    }

    public final Pair<S, A> run(S p_state) {
        return m_function.apply(p_state);
    }

    @Override
    public <B> Monad<State<S, ?>, B> bind(final Function<? super A, Monad<State<S, ?>, B>> p_function) {
        // I want to avoid the cast to R here
        return new State<S, B>(new Function<S, Pair<S, B>>() {
            public Pair<S, B> apply(S state) {
                Pair<S, A> run = run(state);
                // And this cast, but they seem related
                State<S, B> applied = (State<S, B>) p_function.apply(run.second());
                return applied.run(run.first());
            }
        });
    }
}

Answer 2

这是一个通过Java 7类型检查器的版本：

class State<S, A> implements Monad<State<S, ?>, A> {
    private Function<S, Pair<S, A>> m_function;

    public State(Function<S, Pair<S, A>> p_function)
    {
        m_function = p_function;
    }

    public final Pair<S, A> run(S p_state)
    {
        return m_function.apply(p_state);
    }

    @Override
    public <B> Monad<State<S, ?>, B> bind(
            final Function<? super A, ? extends Monad<State<S, ?>, B>> p_function) {
        return new State<S, B>(
                new Function<S, Pair<S,B>>() {
                    public Pair<S,B> apply(S state) {
                        Pair<S, A> run = run(state);
                        // And this cast, but they seem related
                        State<S, B> applied = (State<S, B>) p_function.apply(run.second());
                        return applied.run(run.first());
                    }
        });
    }

    public static <A, B, C, M> 
    Function<A, Monad<M,C>> compose(
            final Function<? super A, ? extends Monad<M,B>> p_first, 
            final Function<? super B, ? extends Monad<M,C>> p_second) {
        return new Function<A, Monad<M,C>>() {
            @Override
            public Monad<M,C> apply(A arg) {
                Monad<M,B> monadOfB = p_first.apply(arg);
                return monadOfB.<C>bind(p_second);
            }
        };
    }
}

您的原始代码的问题是您想为R选择一个特定的实例，但您的签名允许调用者选择它。 签名<B, R extends Monad<State<S, ?>, B>> R bind(final Function<? super A, R> p_function)让调用者选择Monad<State<S, ?>,B>的任意子类型Monad<State<S, ?>,B>并要求bind返回它。 但是你的bind实现没有这样做：它决定总是返回你选择的R的特定子类型。 所以你的签名是有前途的，但是你的实现正在做另一件事。

我的修复删除了这个承诺。 修改后的签名只允许返回一些子类型 - 在这种情况下意味着我可以完全免除泛型变量并且只需替换它，而不是允许调用者选择特定的Monad<State<S,?>,B>子类型。直接在签名中的上限类型。

类似的问题影响了compose方法 - 允许调用者选择MB和MC类型，但是期望能够在实现中为MB和MC生成您自己选择的子类型。 我以类似的方式解决了这个问题。

Answer 3

（我是jacobm的答案，我只想详细说明根本问题。）

问题是在Java中， GenericClass<S>和GenericClass<T>之间没有特定的关系：我的意思是，两者都是GenericType<?>子类型，但是GenericInterface<T>没有办法可以引用你的类型通过取getClass()并用T代替S 。

在Haskell中， Monad类型类的定义如下所示：

class Monad m where
    (>>=)  :: m a -> (a -> m b) -> m b
    return :: a -> m a

注意，它通过使用ma和mb来定义m ，意思是“相同的参数化类型m ，具有（可能）不同的类型参数a和b ”。 在Java中，你不能创建的超类型m （即一个接口m ）表达这样的事情，因为虽然超可以参考自己任意类型的参数（因为它可以通过名称来指代自己，就像它可以使用任何其他泛型类型一样，并且可以引用具有任何单个类型参数的任意子类型（即它自己的），它无法使用任意类型参数引用任意子类型。 它不像Haskell类型类定义那样位于类型系统的“外部”。

这意味着没有真正的方法来定义通用Monad接口，其实现是通用的monadic类型。

Answer 4

告诉我，如果这种简化仍然代表您的问题：

以下编译：

public class TestClass {
    public interface Monad {
        <R extends Monad> R bind();
    }

    public class State implements Monad {
        @Override
        public <R extends Monad> R bind() {
            return (R) new State(); // [1]
        }
    }

    public <M extends Monad> M apply() {
        M subMonad = null;
        return subMonad.bind();
    }
}

您想从[1]中删除演员表。 如果你这样做：

public class TestClass {
    public interface Monad {
        Monad bind();
    }

    public class State implements Monad {
        @Override
        public Monad bind() {
            return new State();
        }
    }

    public <M extends Monad> M apply() {
        M subMonad = null;
        return subMonad.bind(); // [2]
    }
}

然后[2]不编译。 这总结了吗？ 如果是这样， apply()方法可以简单地返回一个Monad吗？