Haskell中RankNTypes下map rankN [negate]报错原因及解决方法

{-# LANGUAGE RankNTypes #-}
rankN :: (forall n. Num n => n -> n) -> (Int, Double)
rankN f = (f 1, f 1.0)

问题1：为什么无法执行map rankN [negate]，是否有方法实现该操作？ #

GHC类型系统默认采用**谓词多态（Predicative Polymorphism）**规则：所有类型构造器（比如列表的[]、函数的(->)）的类型参数都必须是单型（没有顶层forall绑定的单态类型）。
rankN的参数类型是forall n. Num n => n -> n，属于高阶多态的Rank-2类型，默认不能作为列表的元素类型，也不能作为map的第一个入参的输入类型参数，因此map rankN [negate]会报错。

有两种常用实现方案：

1. 开启ImpredicativeTypes扩展（GHC 9.0及以上版本支持稳定），允许类型构造器的参数为高阶多态类型，开启后直接执行map rankN [negate]即可正常运行。
2. 用newtype包装高阶多态类型，把多态约束藏在构造器内部：

newtype NumFunc = NumFunc (forall n. Num n => n -> n)

-- 调用示例
result = map (\(NumFunc f) -> rankN f) [NumFunc negate]

问题2：为什么报错提到Couldn't match type ‘n’ with ‘Integer’，代码里没有用到Integer？ #

这是GHC的**类型默认化（Type Defaulting）**规则导致的。当你写[negate]时，因为列表元素默认必须是单型，GHC会自动对带Num约束的悬空类型变量应用默认规则，直接把negate :: Num a => a -> a特化为Integer -> Integer的单态函数。此时这个被特化的negate只能处理Integer类型，无法满足rankN要求的「对所有Num实例都适用的函数」的约束，因此会抛出n和Integer不匹配的错误，这里的Integer是GHC默认推导生成的。

问题3：:t map rankN为什么报skolem类型变量逃逸错误？ #

skolem类型变量是GHC用来表示forall绑定的、只能匹配自身、不能和任意其他类型统一的特殊类型变量，每个forall绑定的类型变量在类型检查时都会被转为对应的skolem变量，且作用域仅限该forall覆盖的范围。
当你执行:t map rankN时，类型检查器需要把rankN的参数类型forall n. Num n => n -> n赋值给map的类型参数a（map :: (a -> b) -> [a] -> [b]），这时候原本作用域仅在rankN参数内部的skolem变量n，会被暴露到map的forall a b.的外层作用域，超出了它的合法作用范围，就触发了skolem变量逃逸的错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者David