如何在基于IO或非IO的转换器栈中使用MonadError处理错误？

我想用mtl库的MonadError中的throwError和catchError处理monad转换器栈里的失败情况，栈的基础monad可能是IO，也可能是Either e（e是某种错误类型），我觉得不用加ExceptT层就能实现，但找不到同时适配IO和其他基础monad的写法。

IO的MonadError实例是MonadError IOException IO，把错误类型限制死成了IOException。如果栈里没有IO，这个限制就不存在，但用其他错误类型时，IO场景就会出问题。

比如下面这个开启FlexibleContexts的函数：

f :: MonadError String m => Int -> ReaderT r m ()
f 0 = throwError "This is an error."
f n = return ()

runReaderT (f 1) 0 :: Either String ()能正常得到Right ()，但runReaderT (f 1) 0 :: IO ()会报错：

• Couldn't match type ‘GHC.IO.Exception.IOException’ with ‘[Char]’
    arising from a functional dependency between:
      constraint ‘MonadError String IO’ arising from a use of ‘f’
      instance ‘MonadError GHC.IO.Exception.IOException IO’
        at <no location info>
• In the first argument of ‘runReaderT’, namely ‘(f 1)’
  In the expression: runReaderT (f 1) 0 :: IO ()
  In an equation for ‘it’: it = runReaderT (f 1) 0 :: IO ()

我试过给IO写个用String错误的替代MonadError实例，但MonadError的函数依赖导致做不到。

方法1：用ExceptT包装IO #

既然IO自带的MonadError只能处理IOException，最直接的办法是给IO套一层ExceptT，让错误类型统一成你需要的String（或自定义错误类型）。这样转换器栈的基础monad变成ExceptT String IO，就能满足MonadError String约束：

-- 运行时把ExceptT和ReaderT都解开
run :: r -> ReaderT r (ExceptT String IO) () -> IO (Either String ())
run r action = runExceptT $ runReaderT action r

-- 使用示例
main :: IO ()
main = run 0 (f 0) >>= print  -- 输出 Left "This is an error."

方法2：自定义错误类型，做类型转换 #

如果不想加ExceptT，可以定义一个包含IOException和自定义错误的代数数据类型，然后在不同基础monad场景下做转换：

data AppError = IOErr IOException | CustomErr String deriving (Show)

-- IO场景：把自定义String错误转成IOException
fIO :: Int -> ReaderT r IO ()
fIO n = catchError (f n) (\str -> throwError (userError str))

-- Either场景：把自定义String错误转成AppError
fEither :: Int -> ReaderT r (Either AppError) ()
fEither n = catchError (f n) (\str -> throwError (CustomErr str))

这种方法需要针对不同基础monad做适配，适合场景简单的情况。

方法3：用MonadThrow+自定义异常（IO场景） #

如果主要是IO场景，且想复用throwError的写法，可以用MonadThrow（来自exceptions库），它支持抛出任意异常类型：

import Control.Monad.Catch (MonadThrow, throwM)

-- 自定义异常类型，需要实现Exception实例
data CustomException = CustomException String deriving (Show, Exception)

-- 同时保留MonadError和MonadThrow约束，适配不同场景
f' :: (MonadError e m, MonadThrow m) => Int -> ReaderT r m ()
f' 0 = throwError (CustomException "This is an error." :: e)
f' n = return ()

核心原因 #

MonadError的函数依赖是m -> e，即一个monad只能对应一种错误类型。IO已经绑定了IOException，所以无法再给它定义其他MonadError实例，这就是直接用MonadError String约束IO会报错的根本原因。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Quyk