ghci 中的 `trace` 函数不会在第二次调用时打印

Question

问题：

trace 函数在第二次调用时不起作用，但只有在将包含 trace 的函数加载到 ghci 时才会发生这种情况。

题

1. 为什么会发生这种情况？
2. 如何加载 Haskel 模块并仍然具有预期的行为？

意外行为：

我有一个文件叫 test.hs

import Debug.Trace (trace)
main = trace "test" return "main is called"

然后我在 ghci 中输入以下内容。关于第二次调用的注意事项main trace没有打印“test”

Prelude> :l test
[1 of 1] Compiling Main             ( test.hs, interpreted )
Ok, one module loaded.
*Main> main
test
"main is called"
*Main> main      -- No output from trace?
"main is called"

预期行为

但是，如果我在 ghci 中键入 main 函数，则会得到预期的行为

Prelude> import Debug.Trace (trace)
Prelude Debug.Trace> main = trace "test" return "main is called" 
Prelude Debug.Trace> main
test
"main is called"
Prelude Debug.Trace> main -- Output from trace
test
"main is called"
Prelude Debug.Trace> 

更新

@Robin Zigmond 建议，我尝试了不同的括号但没有成功

main = trace "test" (return "main is called")
main = return(trace "test" "main is called") -- Joins the outputs into one string

Answer 1

首先，大致了解 Haskell 如何评估事物。考虑这个表达式

(\x -> x * x) (2 + 2)

Haskell 很懒；函数在调用之前不会评估它们的参数，所以这样做的一种天真的方法是：

(2 + 2) * (2 + 2)

但这会使工作加倍！

相反，所做的事情是这样的：

    *
   /  \
   \  /
   (2+2)

也就是说，运行时记住它2 + 2来自一个地方，当它被评估时，结果在表达式的其他部分被重用：

    *
   /  \
   \  /
     4

进而

     16

该trace函数包装一个表达式，并且只在表达式第一次“弹出”时打印消息。如果再次请求结果，它不会再次打印消息：

ghci> (\x -> x * x) (trace "pop!" (2 + 2))
pop!
16

谜题的下一部分是IO行动。在 Haskell 中，像IO动作这样类似语句的东西实际上和其他任何东西一样都是值。它们可以作为参数传递给函数，也可以从函数中返回。只是运行时将它们解释为在现实世界中执行的有效操作的描述。

因此，IO something必须在执行之前（在“与世界交互”的意义上）评估类型为 的表达式（在纯粹的、懒惰的意义上）。例如：

(\x -> x >> x) (trace "test" (putStrLn "foo"))

变成

        (>>)
       /  \
       \  /
(trace "test" (putStrLn "foo"))

在这里，我们弹出表达式并打印一次“test”

        (>>)
       /  \
       \  /
    putStrLn "foo"

运行时看到类似

putStrLn "foo", then putStrLn "foo" again

实际上，您写的内容略有不同：(trace "test" return) "main is called". 在您的代码trace中包装return函数，而不是结果IO String值。但是效果是类似的，函数在 Haskell 中也是值。必须在调用函数之前评估类型为函数的表达式。

此外，在您的情况下，发生的情况是该main操作被评估一次，并执行多次。

请注意，trace的效果（在控制台上打印内容）与正常的IO操作流程是带外的。它们是根据惰性求值的变幻莫测而发生的。这是一个不应用于“实际”工作的调试功能。

更新：我忘了回答这部分问题：为什么trace在 ghci 实验中会出现您期望的行为？

trace "test" (return "foo")是一个多态值，它实际上并没有指定一个具体的 monad (try :t return "foo")。ghci 的默认规则会IO在执行之前将其实例化。这种多态性使得 ghci 每次输入时都会重新计算值main。如果您提供显式类型注释，例如main = (trace "test" (return "foo")) :: IO String.