如何限制类参数的角色？解决NewInt派生D类的编译错误

GHC拒绝自动推导D NewInt实例，是因为类D的方法h中，类型参数a出现在f a的位置，而f是任意满足C约束的类型构造器。GHC必须考虑未来可能出现的C实例（比如那些类型参数为phantom角色、或关联了类型族的构造器），这些场景下f Int和f NewInt无法进行表示层面的强制转换，因此默认不允许通过GeneralizedNewtypeDeriving自动推导。

方案1：手动实现实例 #

最直接的方式是手动编写D NewInt的实例，绕过自动推导的限制：

{-# LANGUAGE DerivingStrategies #-}
{-# LANGUAGE GeneralizedNewtypeDeriving #-}

class C (f :: Type -> Type) where
  g :: String -> f a

class D a where
  h :: C f => a -> f a

instance C Maybe where
  g _ = Nothing

instance C (Either String) where
  g = Left 

instance D Int where
  h = g . show

newtype NewInt = NewInt Int

instance D NewInt where
  h (NewInt n) = h n

方案2：使用DeriveVia扩展推导 #

启用DeriveVia扩展，通过Int的D实例来推导NewInt的实例，这种方式更适合需要自动推导的场景：

{-# LANGUAGE DerivingStrategies #-}
{-# LANGUAGE GeneralizedNewtypeDeriving #-}
{-# LANGUAGE DeriveVia #-}

class C (f :: Type -> Type) where
  g :: String -> f a

class D a where
  h :: C f => a -> f a

instance C Maybe where
  g _ = Nothing

instance C (Either String) where
  g = Left 

instance D Int where
  h = g . show

newtype NewInt = NewInt Int deriving D via Int

方案3：添加类角色注解 #

如果能保证所有C的实例，其类型参数都具有Representational角色（即支持newtype的表示强制转换），可以给类D添加角色注解，让GHC允许自动推导：

{-# LANGUAGE DerivingStrategies #-}
{-# LANGUAGE GeneralizedNewtypeDeriving #-}
{-# LANGUAGE RoleAnnotations #-}

type role D representational

class C (f :: Type -> Type) where
  g :: String -> f a

class D a where
  h :: C f => a -> f a

instance C Maybe where
  g _ = Nothing

instance C (Either String) where
  g = Left 

instance D Int where
  h = g . show

newtype NewInt = NewInt Int deriving newtype D 

注意：添加该注解意味着你承诺所有实现C的类型构造器，其类型参数都支持表示层面的强制转换。如果未来出现不符合该承诺的C实例，可能会导致潜在问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Clinton