寻求Idris中类Haskell严格ByteString的纯持久化字节数组结构

你的核心需求非常清晰：纯函数式字节存储、常数时间索引、持久化更新（修改后保留原结构），完全对应Haskell里严格ByteString的定位。针对你提到的现有库的痛点，这里有几个可行的解决方案：

方案1：利用Data.Bytes的纯函数式接口（推荐） #

你提到Data.Bytes似乎没有索引操作，但其实它提供了纯的索引和更新函数，可能你之前没留意到：

• 常数时间索引：使用indexByte : Bytes -> Nat -> Maybe Word8，这个纯函数基于底层ByteArray实现，索引操作是O(1)的，还能自动处理越界情况返回Maybe。
• 纯持久化更新：单点更新可以用replaceByte : Bytes -> Nat -> Word8 -> Maybe Bytes，它会返回一个全新的Bytes实例，原结构完全不受影响。如果需要批量更新，虽然没有直接的批量接口，但单点更新已经足够高效；若要处理大范围修改，可以结合splitAt和拼接操作，比全量unpack/pack更节省开销。

示例代码：

import Data.Bytes

-- 安全获取指定位置的字节
getByte : Bytes -> Nat -> Maybe Word8
getByte bs idx = indexByte bs idx

-- 纯函数式更新指定位置的字节
updateByte : Bytes -> Nat -> Word8 -> Maybe Bytes
updateByte bs idx newByte = replaceByte bs idx newByte

方案2：使用Data.Vector Word8作为替代 #

如果Data.Bytes的更新方式不能满足你的性能预期，Data.Vector Word8是另一个稳妥的选择：

• 常数时间索引：有两个常用接口，带长度约束的安全版本index : Vector n Word8 -> Fin n -> Word8，以及宽松的index' : Vector n Word8 -> Nat -> Maybe Word8，都是纯函数且索引效率为O(1)。
• 纯持久化更新：update : Vector n Word8 -> Fin n -> Word8 -> Vector n Word8会返回新的Vector实例，原结构保持不变。需要注意的是：Idris默认的Vector基于严格数组实现，单点更新会触发全量复制（O(n)时间），适合更新频率不高的场景。

示例代码：

import Data.Vector

-- 带长度校验的安全索引
safeIndex : Vector 5 Word8 -> Fin 5 -> Word8
safeIndex vec idx = index vec idx

-- 纯函数式单点更新
safeUpdate : Vector 5 Word8 -> Fin 5 -> Word8 -> Vector 5 Word8
safeUpdate vec idx newByte = update vec idx newByte

方案3：自定义持久化字节数组（高性能场景） #

如果你的场景需要高效的持久化批量更新，上述方案都无法满足的话，可以基于平衡二叉树（比如红黑树）或Rope结构自定义字节数组：

• 每个节点存储一段连续字节（比如64或256字节），索引时通过遍历树定位节点，再在节点内做O(1)查找，整体时间复杂度接近常数（O(log n)）。
• 更新操作仅修改路径上的节点，共享未改动的子树，实现真正的高效持久化更新。

这个方案需要自行实现，工作量较大，但适合性能敏感的高频更新场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Cactus