エフェクト指向プログラミング

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エフェクトを使ったプログラミングには、新しい考え方、すなわち エフェクト指向の考え方（effect-oriented mindset） が必要です。

JavaScript や Python から、C# や Java のような静的型付けのプログラミング言語へ移ってきたプログラマーを想像してみてください。もし彼らが自分自身の型を導入せず、オブジェクト、map、文字列ばかりでプログラミングを続けるなら、静的型システムの恩恵は失われてしまいます。同じように、もしプログラマーが エフェクト指向の考え方 を取り入れずに Flix にやってきたなら、Flix の型システムとエフェクトシステムの恩恵は失われてしまいます。

Flix では、すべての関数に IO エフェクトを与えて、エフェクトを伴うコードをあらゆる場所で呼び出すこともできますが、これはエフェクト指向プログラミングではなく、悪いプログラミングスタイルです。適切なエフェクト指向のプログラム設計は、代数エフェクトとハンドラを使うかもしれない関数的なコア（functional core）と、それを取り囲み IO を実行する命令的なシェル（imperative shell）から構成されます。経験則として、IO エフェクトは main 関数の近くにあるべきです。

それでは、これらの点を例を使って説明していきましょう。

数当てゲーム — 間違ったやり方

Flix と Java の混在したスタイルで書かれた、次のプログラムを考えてみましょう：

import java.lang.System
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.{Random => JRandom}

def getSecretNumber(): Int32 \ {NonDet, IO} = 
    let rnd = new JRandom();
    rnd.nextInt()

def readGuess(): Result[String, String] \ IO = 
    let reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    let line = reader.readLine();
    if (Object.isNull(line)) 
        Result.Err("no input")
    else 
        Result.Ok(line)

def readAndParseGuess(): Result[String, Int32] \ IO = 
    forM(g <- readGuess(); 
         n <- Int32.parse(10, g)
    ) yield n

def gameLoop(secret: Int32): Unit \ IO = {
    println("Enter a guess:");
    match readAndParseGuess() {
        case Result.Ok(g) => 
            if (secret == g) {
                println("Correct!")
            } else {
                println("Incorrect!");
                gameLoop(secret)
            }
        case Result.Err(_) => 
            println("Not a number? Goodbye.");
            println("The secret was: ${secret}")
    }
}

def main(): Unit \ {NonDet, IO} = 
    let secret = getSecretNumber();
    gameLoop(secret)

ここでは、すべての関数、すなわち getSecretNumber、readGuess、readAndParseGuess、gameLoop、main が IO エフェクトを持っています。その結果、どの関数も何でもできてしまいます。エフェクトを伴うコードが、プログラム全体のあちこちに散らばっている点に注目してください。

このスタイルで書かれたプログラムを理解し、リファクタリングし、テストするのは悪夢です。

エフェクト指向のスタイルでプログラミングするということは、外側の世界と相互作用するあらゆるアクションに対してエフェクトを定義すべきだということです。そして、それらのエフェクトを main 関数の近くで ハンドル すべきです。

数当てゲーム — 正しいやり方

本来こうすべきだったものを次に示します：

import java.lang.System
import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.{Random => JRandom}

eff Guess {
    def readGuess(): Result[String, String]
}

eff Secret {
    def getSecret(): Int32
}

eff Terminal {
    def println(s: String): Unit    
}

def readAndParseGuess(): Result[String, Int32] \ {Guess} = 
    forM(g <- Guess.readGuess(); 
         n <- Int32.parse(10, g)
    ) yield n

def gameLoop(secret: Int32): Unit \ {Guess, Terminal} = {
    Terminal.println("Enter a guess:");
    match readAndParseGuess() {
        case Result.Ok(g) => 
            if (secret == g) {
                Terminal.println("Correct!")
            } else {
                Terminal.println("Incorrect!");
                gameLoop(secret)
            }
        case Result.Err(_) => 
            Terminal.println("Not a number? Goodbye.");
            Terminal.println("The secret was: ${secret}")
    }
}

def main(): Unit \ {NonDet, IO} = 
    run {
        let secret = Secret.getSecret();
        gameLoop(secret)
    } with handler Secret {
        def getSecret(_, resume) = 
            let rnd = new JRandom();
            resume(rnd.nextInt())
    } with handler Guess {
        def readGuess(_, resume) = 
            let reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            let line = reader.readLine();
            if (Object.isNull(line)) 
                resume(Result.Err("no input"))
            else 
                resume(Result.Ok(line))
    } with handler Terminal {
        def println(s, resume) = { println(s); resume() }
    }

ここでは、3つの代数エフェクトを導入しました：

ユーザーに推測を尋ねるアクションを表す Guess エフェクト。
秘密の数を選ぶアクションを表す Secret エフェクト。
コンソールへの出力というアクションを表す Terminal エフェクト。

各関数は、関連するエフェクトのみを使うように書かれています。たとえば、gameLoop 関数は Guess と Terminal エフェクトを使い、それ以外のエフェクトは持ちません。さらに、すべてのエフェクトが1か所、すなわち main 関数の中でハンドルされるようになりました。その結果、ビジネスロジックは純粋に関数的になります。不純さが必要な箇所では、エフェクトとハンドラの使用によって、それが正確にカプセル化されます。

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数当てゲーム — 間違ったやり方

数当てゲーム — 正しいやり方