如何设计一门编程语言（八） 异步编程和CPS变换2014-08-23关于这个话题，其实在（六）里面已经讨论了一半了。学过Haskell的都知道，这个世界上很多东西都可以用monad和comonad来把一些复杂的代码给抽象成简单的、一看就懂的形式。他们的区别，就像用js做一个复杂的带着几层循环的动画，直接写出来和用jquery的“回调”写出来的代码一样。前者能看不能用，后者能用不能看。那有没有什么又能用又能看的呢？我目前只能在Haskell、C#和F#里面看到。至于说为什么，当然是因为他们都支持了monad和comonad。只不过C#作为一门不把“用库来改造语言”作为重要特征的语言，并没打算让你们能跟haskell和F#一样，把东西抽象成monad，然后轻松的写出来。C#只内置了yield return和async await这样的东西。把“用库来改造语言”作为重要特征的语言其实也不多，大家熟悉的也就只有lisp和C++，不熟悉的有F#。F#除了computation expression以外，还有一个type provider的功能。就是你可以在你的当前的程序里面，写一小段代码，通知编译器在编译你的代码的时候执行以下（有点类似鸡生蛋的问题但其实不是）。这段代码可以生成新的代码（而不是跟lisp一样修改已有的代码），然后给你剩下的那部分程序使用。例子我就不举了，有兴趣的大家看这里：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/vstudio/hh361034.aspx。里面有一个例子讲的是如何在F#里面创造一个强类型的正则表达式库，而且并不像boost的spirit或者xpress那样，正则表达式仍然使用字符串来写的。这个正则表达式在编译的时候就可以知道你有没有弄错东西了，不需要等到运行才知道。Haskell和F#分别尝试了monad/comonad和computation expression，为的就是能用一种不会失控（lisp的macro就属于会失控的那种）方法来让用户自己表达属于自己的可以天然被continuation passing style变换处理的东西。在介绍C#的async await的强大能力之前，先来讲一下Haskell和F#的做法。为什么按照这个程序呢，因为Haskell的monad表达能力最低，其次是F#，最后是C#的那个。当然C#并不打算让你自己写一个支持CPS变换的类型。作为补充，我将在这篇文章的最后，讲一下我最近正在设计的一门语言，是如何把C#的yield return和async await都变成库，而不是编译器的功能的。下面我将抛弃所有跟学术有关的内容，只会留下跟实际开发有关系的东西。一、Haskell和MonadHaskell面临的问题其实比较简单，第一是因为Haskell的程序都不能有隐式状态，第二是因为Haskell没有语句只有表达式。这意味着你所有的控制流都必须用递归或者CPS来做。从这个角度上来讲，Monad也算是CPS的一种应用了。于是我为了给大家解释一下Monad是怎么运作的，决定来炒炒冷饭，说error code的故事。这个故事已经在（七）里面讲了，但是今天用的是Haskell，别有一番异域风情。大家用C/C++的时候都觉得处理起error code是个很烦人的事情吧。我也不知道为什么那些人放着exception不用，对error code那么喜欢，直到有一天，我听到有一个傻逼在微博上讲：“error code的意思就是我可以不理他”。我终于明白了，这个人是一个真正的傻逼。不过Haskell还是很体恤这些人的，就跟耶稣一样，凡是信他就可以的永生，傻逼也可以。可惜的是，傻逼是学不会Monad的，所以耶稣只是个传说。由于Haskell没有“引用参数”，所以所有的结果都必须出现在返回值里面。因此，倘若要在Haskell里面做error code，就得返回一个data。data就跟C语言的union一样，区别是data是强类型的，而C的union一不小心就会傻逼了：data Unsure a = Sure a | Error string然后给一些必要的实现，首先是Functor：instance Functor Unsure where
fmap f （Sure x） = Sure （f x）
fmap f （Error e） = Error e剩下的就是Monad了：instance Monad Unsure where
return = Sure
fail = Error
（Sure s） >>= f = f s
（Error e） >>= f = Error e看起来也不多，加起来才八行，就完成了error code的声明了。当然就这么看是看不出Monad的强大威力的，所以我们还需要一个代码。譬如说，给一个数组包含了分数，然后把所有的分数都转换成“牛逼”、“一般”和“傻逼”，重新构造成一个数组。一个真正的Haskell程序员，会把这个程序分解成两半，第一半当然是一个把分数转成数字的东西：
// Tag :: integer -> Unsure stringTag f = if f < 0 then Error "分数必须在0-100之间" elseif f<60 then Sure "傻逼" elseif f<90 then Sure "一般" elseif f<=100 then Sure "牛逼" elseError "分数必须在0-100之间"
后面就是一个循环了：
// TagAll :: [integer] -> Unsure [string]TagAll [] = []TagAll （x:xs） = dofirst <- Tag xremains <- TagAll xsreturn first:remains
TagAll是一个循环，把输入的东西每一个都用Tag过一遍。如果有一次Tag返回失败了，整个TagAll函数都会失败，然后返回错误。如果全部成功了，那么TagAll函数会返回整个处理后的数组。当然一个循环写成了非尾递归不是一个真正的Haskell程序员会做的事情，真正的Haskell程序员会把事情做成这样（把>>=展开之后你们可能会觉得这个函数不是尾递归，但是因为Haskell是call by need的，所以实际上会成为一个尾递归的函数）：
// TagAll :: [integer] -> Unsure [string]TagAll xs = reverse $ TagAll_ xs [] whereTagAll [] ys = Sure ysTagAll （x:xs） ys = doy <- Tag xTagAll xs （y:ys）
为什么代码里面一句“检查Tag函数的返回值”的代码都没有呢？这就是Haskell的Monad的表达能力的威力所在了。Monad的使用由do关键字开始，然后这个表达式可以被这么定义：
MonadExp::= "do" FragmentNotNullFragmentNotNull::= [Pattern "<-"] Expression EOL FragmentNullFragmentNull::= FragmentNotNull::= ε
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