Haskell如何让所有Storable类型自动成为ManagedValue类型类实例

问题原因说明 #

你遇到的报错是GHC的实例终止检查机制导致的：为了避免实例搜索过程中出现无限递归，GHC默认要求实例约束的"大小"必须小于实例头的大小，你编写的instance Storable a => ManagedValue a中，约束和实例头的类型参数都是a，大小相等，因此触发了这个报错。

以下是三种可行的解决方案，按推荐优先级排序： #

方案1：使用默认签名（最安全，无重叠风险） #

这个方案不需要开启不安全的编译器扩展，也不会和自定义的非Storable类型的ManagedValue实例冲突，是最推荐的做法。

你可以借助DefaultSignatures扩展为ManagedValue类型类的所有方法和关联类型提供默认实现，仅当类型属于Storable实例时可以直接复用默认实现：

1. 首先开启需要的扩展：

{-# LANGUAGE TypeFamilies #-}
{-# LANGUAGE TypeFamilyDependencies #-}
{-# LANGUAGE DefaultSignatures #-}

2. 修改类型类定义，添加默认实现：

class ManagedValue a where
    type ManagedPtr a = (r :: *) | r -> a
    -- 关联类型默认实现
    type ManagedPtr a = Ptr a

    withManaged :: a -> (ManagedPtr a -> IO b) -> IO b
    -- Storable 类型的默认方法实现
    default withManaged :: Storable a => a -> (Ptr a -> IO b) -> IO b
    withManaged v f = do
        fp <- mallocForeignPtr
        withForeignPtr fp $ \p -> do
            poke p v
            f p

    getManaged :: ManagedPtr a -> IO a
    default getManaged :: Storable a => Ptr a -> IO a
    getManaged = peek

    castManagedToPtr :: ManagedPtr a -> Ptr b
    default castManagedToPtr :: Storable a => Ptr a -> Ptr b
    castManagedToPtr = castPtr

    castPtrToManaged :: Ptr b -> ManagedPtr a
    default castPtrToManaged :: Storable a => Ptr b -> Ptr a
    castPtrToManaged = castPtr

3. 为Storable类型声明ManagedValue实例时，只需要写空实例声明即可，不需要重复实现：

instance ManagedValue Int
instance ManagedValue Double
instance ManagedValue Word8
-- 其他需要的Storable类型都可以按这个格式一行声明

如果需要批量生成常用类型的实例，也可以借助模板Haskell写一个简单的生成函数，几行代码就能批量生成所有需要的实例，不需要手动逐个编写。 #

方案2：开启UndecidableInstances扩展（最省事） #

如果你确定不会出现实例循环依赖的情况，只需要开启UndecidableInstances扩展就能直接使用你原本写的通用实例，这个扩展只是关闭了GHC的实例终止检查，在你这个场景下是完全安全的，不会有运行时风险，很多基础库也会使用这个扩展。

1. 开启扩展：

{-# LANGUAGE UndecidableInstances #-}

2. 你原本编写的通用实例就可以正常编译运行，所有Storable类型会自动获得ManagedValue实例。

⚠️ 注意：这个方案的唯一问题是，如果你之后要为非Storable的类型自定义ManagedValue实例，会出现实例重叠的报错，因为通用实例覆盖了所有类型的ManagedValue实例，不管是不是Storable的，所以只适合不需要自定义非Storable实例的场景使用。 #

方案3：模板Haskell批量生成实例 #

如果你既不想开UndecidableInstances，也不想手动写空实例声明，可以用模板Haskell批量生成所有常用Storable类型的实例，代码示例如下：

-- 定义TH生成函数
import Language.Haskell.TH

deriveStorableManagedValue :: Name -> Q [Dec]
deriveStorableManagedValue t = [d| instance ManagedValue $(conT t) |]

-- 批量生成实例
mapM_ deriveStorableManagedValue [''Int, ''Double, ''Word8, ''Word16, ''Word32, ''Word64, ''Float]

这个方案兼具安全性和便捷性，不需要手动编写重复的实例声明，也不会有实例重叠的问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Z-Y.L