cps tweaks
[lambda.git] / cps_and_continuation_operators.mdwn
1 [[!toc]]
2
3 CPS Transforms
4 ==============
5
6 We've already approached some tasks now by programming in **continuation-passing style.** We first did that with tuples at the start of term, and then with the v5 lists in [[week4]], and now more recently and self-consciously when discussing [aborts](/couroutines_and_aborts), 
7 and [the "abSd" task](/from_list_zippers_to_continuations). and the use of `tree_monadize` specialized to the Continuation monad, which required us to supply an initial continuation.
8
9 In our discussion of aborts, we showed how to rearrange code like this:
10
11
12         let foo x =
13         +---try begin----------------+
14         |       (if x = 1 then 10    |
15         |       else abort 20        |
16         |       ) + 100              |
17         +---end----------------------+
18         in (foo 2) + 1000;;
19
20 into a form like this:
21
22         let x = 2
23         in let snapshot = fun box ->
24             let foo_result = box
25             in (foo_result) + 1000
26         in let continue_normally = fun from_value ->
27             let value = from_value + 100
28             in snapshot value
29         in
30             if x = 1 then continue_normally 10
31             else snapshot 20;;
32
33 <!--
34 # #require "delimcc";;
35 # open Delimcc;;
36 # let reset body = let p = new_prompt () in push_prompt p (body p);;
37 # let test_cps x =
38       let snapshot = fun box ->
39           let foo_result = box
40           in (foo_result) + 1000
41       in let continue_normally = fun from_value ->
42           let value = from_value + 100
43           in snapshot value
44       in if x = 1 then continue_normally 10
45       else snapshot 20;;
46
47         let foo x =
48         +===try begin================+
49         |       (if x = 1 then 10    |
50         |       else abort 20        |
51         |       ) + 100              |
52         +===end======================+
53         in (foo 2) + 1000;;
54
55 # let test_shift x =
56     let foo x = reset(fun p () ->
57         (shift p (fun k ->
58             if x = 1 then k 10 else 20)
59         ) + 100)
60     in foo z + 1000;;
61
62 # test_cps 1;;
63 - : int = 1110
64 # test_shift 1;;
65 - : int = 1110
66 # test_cps 2;;
67 - : int = 1020
68 # test_shift 2;;
69 - : int = 1020
70 -->
71
72 How did we figure out how to rearrange that code? There are algorithms that can do this for us mechanically. These algorithms are known as **CPS transforms**, because they transform code that might not yet be in CPS form into that form.
73
74 We won't attempt to give a full CPS transform for OCaml; instead we'll just focus on the lambda calculus and a few extras, to be introduced as we proceed.
75
76 In fact there are multiple ways to do a CPS transform. Here is one:
77
78         [x]     --> x
79         [\x. M] --> \k. k (\x. [M])
80         [M N]   --> \k. [M] (\m. m [N] k)
81
82 And here is another:
83
84         [x]     --> \k. k x
85         [\x. M] --> \k. k (\x. [M])
86         [M N]   --> \k. [M] (\m. [N] (\n. m n k))
87
88 These transforms have some interesting properties. One is that---assuming we never reduce inside a lambda term, but only when redexes are present in the outermost level---the formulas generated by these transforms will always only have a single candidate redex to be reduced at any stage. In other words, the generated expressions dictate in what order the components from the original expressions will be evaluated. As it happens, the first transform above forces a *call-by-name* reduction order: assuming `M N` to be a redex, redexes inside `N` will be evaluated only after `N` has been substituted into `M`. And the second transform forces a *call-by-value* reduction order. These reduction orders will be forced no matter what the native reduction order of the interpreter is, just so long as we're only allowed to reduce redexes not underneath lambdas.
89
90 Plotkin did important early work with CPS transforms (around 1975), and they are now a staple of academic computer science.
91
92 Here's another interesting fact about these transforms. Compare the translations for variables and applications in the call-by-value transform:
93
94         [x]     --> \k. k x
95         [M N]   --> \k. [M] (\m. [N] (\n. m n k))
96
97 To the implementations we proposed for `unit` and `bind` when developing a Continuation monads, for example [here](/list_monad_as_continuation_monad). I'll relabel some of the variable names to help the comparison:
98
99         let cont_unit x = fun k -> k x
100         let cont_bind M N = fun k -> M (fun m -> N m k)
101
102 The transform for `x` is just `cont_unit x`! And the transform for `M N` is, though not here exactly the same as `cont_bind M N`, quite reminiscent of it. (I don't yet know whether there's an easy and satisfying explanation of why these two diverge as they do.) <!-- FIXME -->
103
104 Doing CPS transforms by hand is very cumbersome. (Try it.) But you can leverage our lambda evaluator to help you out. Here's how to do it. From here on out, we'll be working with and extending the call-by-value CPS transform set out above:
105
106         let var = \x (\k. k x) in
107         let lam = \x_body (\k. k (\x. x_body x)) in
108         let app = \m n. (\k. m (\m. n (\n. m n k))) in
109         ...
110
111 Then if you want to use [x], you'd write `var x`. If you want to use [\x. body], you'd write `lam (\x. BODY)`, where `BODY` is whatever [body] amounts to. If you want to use [m n], you'd write `app M N`, where M and N are whatever [m] and [n] amount to.
112
113 To play around with this, you'll also want to help yourself to some primitives already in CPS form. (You won't want to rebuild everything again from scratch.) For a unary function like `succ`, you can take its primitive CPS analogue [succ] to be `\u. u (\a k. k (succ a))` (where `succ` in this expansion is the familiar non-CPS form of `succ`). Then for example:
114
115         [succ x]
116                   = \k. [succ] (\m. [x] (\n. m n k))
117                 ~~> ...
118                 ~~> \k. k (succ x)
119
120 Or, using the lambda evaluator, that is:
121
122         ...
123         let op1 = \op. \u. u (\a k. k (op a)) in
124         app (op1 succ) (var x)
125         ~~> \k. k (succ x)
126
127 Some other handy tools: 
128         let app3 = \a b c. app (app a b) c in
129         let app4 = \a b c d. app (app (app a b) c) d in
130         let op2 = \op. \u. u (\a v. v (\b k. k (op a b))) in
131         let op3 = \op. \u. u (\a v. v (\b w. w (\c k. k (op a b c)))) in
132         ...
133
134 Then, for instance, [plus x y] would be rendered in the lambda evaluator as:
135
136         app3 (op2 plus) (var x) (var y)
137         ~~> \k. k (plus x y)
138
139 To finish off a CPS computation, you have to supply it with an "initial" or "outermost" continuation. (This is somewhat like "running" a monadic computation.) Usually you'll give the identity function, representing that nothing further happens to the continuation-expecting value.
140
141 If the program you're working with is already in CPS form, then some elegant and powerful computational patterns become available, as we've been seeing. But it's tedious to convert to and work in fully-explicit CPS form. Usually you'll just want to be using the power of continuations at some few points in your program. It'd be nice if we had some way to make use of those patterns without having to convert our code explicitly into CPS form.
142
143 Callcc
144 ======
145
146 Well, we can. Consider the space of lambda formulas. Consider their image under a CPS transform. There will be many well-formed lambda expressions not in that image---that is, expressions that aren't anybody's CPS transform. Some of these will be useful levers in the CPS patterns we want to make use of. We can think of them as being the CPS transforms of some new syntax in the original language. For example, the expression `callcc` is explained as a new bit of syntax having some of that otherwise unclaimed CPS real-estate. The meaning of the new syntax can be understood in terms of how the CPS transform we specify for it behaves, when the whole language is in CPS form.
147
148 I won't give the CPS transform for `callcc` itself, but instead for the complex form:
149
150         [callcc (\k. body)] = \outk. (\k. [body] outk) (\v localk. outk v)
151
152 The behavior of `callcc` is this. The whole expression `callcc (\k. body)`, call it C, is being evaluated in a context, call it E[\_]. When we convert to CPS form, the continuation of this occurrence of C will be bound to the variable `outk`. What happens then is that we bind the expression `\v localk. outk v` to the variable `k` and evaluate [body], passing through to it the existing continuation `outk`. Now if `body` is just, for example, `x`, then its CPS transform [x] will be `\j. j x` and this will accept the continuation `outk` and feed it `x`, and we'll continue on with nothing unusual occurring. If on the other hand `body` makes use of the variable `k`, what happens then? For example, suppose `body` includes `foo (k v)`. In the reduction of the CPS transform `[foo (k v)]`, `v` will be passed to `k` which as we said is now `\v localk. outk v`. The continuation of that application---what happens to `k v` after it's evaluated and `foo` gets access to it---will be bound next to `localk`. But notice that this `localk` is discarded. The computation goes on without it. Instead, it just continues evaluating `outk v`, where as we said `outk` is the outside continuation E[\_] of the whole `callcc (\k. body)` invocation.
153
154 So in other words, since the continuation in which `foo` was to be applied to the value of `k v` was discarded, that application never gets evaluated. We escape from that whole block of code.
155
156 It's important to understand that `callcc` binds `k` to a pipe into the continuation as still then installed. Not just to a function that performs the same computation as the context E[\_] does---that has the same normal form and extension. But rather, a pipe into E[\_] *in its continuation-playing role*. This is manifested by the fact that when `k v` finishes evaluating, that value is not delivered to `foo` for the computation to proceed. Instead, when `k v` finishes evaluating, the program will then be done. Not because of some "stop here" block attached to `k`, but rather because of what it is that `k` represents. Walking through the explanation above several times may help you understand this better.
157
158 So too will examples. We'll give some examples, and show you how to try them out in a variety of formats:
159
160 (i)     using the lambda evaluator to check how the CPS transforms reduce
161
162         To do this, you can use the following helper function:
163
164                 let callcc = \k_body. \outk. (\k. (k_body k) outk) (\v localk. outk v) in
165                 ...
166
167         Used like this: [callcc (\k. body)] = `callcc (\k. BODY)`, where `BODY` is [body].
168
169 (ii) using a `callcc` operation on our Continuation monad
170
171         This is implemented like this:
172
173                 let callcc body = fun outk -> body (fun v localk -> outk v) outk
174
175         GOTCHAS??
176
177 (iii)   `callcc` was originally introduced in Scheme. There it's written `call/cc` and is an abbreviation of `call-with-current-continuation`. Instead of the somewhat bulky form:
178
179         (call/cc (lambda (k) ...))
180
181 I prefer instead to use the lighter, and equivalent, shorthand:
182
183         (let/cc k ...)
184
185
186 Callcc examples
187 ---------------
188
189 First, here are two examples in Scheme:
190
191         (+ 100 (let/cc k (+ 10 1)))
192                |-----------------|
193
194 This binds the continuation `outk` of the underlined expression to `k`, the computes `(+ 10 1) and delivers that to `outk` in the normal way (not through `k`). No unusual behavior. It evaluates to `111.
195
196 Now if we do instead:
197
198         (+ 100 (let/cc k (+ 10 (k 1))))
199                |---------------------|
200
201 Now, during the evaluation of `(+ 10 (k 1))`, we supply `1` to `k`. So then the local continuation, which delivers the value up to `(+ 10 _)` and so on, is discarded. Instead `1` gets supplied to the outer continuation in place when `let/cc` was invoked. That will be `(+ 100 _)`. When `(+ 100 1)` is evaluated, there's no more of the computation left to evaluate. So the answer here is `101`.
202
203 You are not restricted to calling a bound continuation only once, nor are you restricted to calling it only inside of the `call/cc` (or `let/cc`) block. For example, you can do this:
204
205         (let ([p (let/cc k (cons 1 k))])
206           (cons (car p) ((cdr p) (cons 2 (lambda (x) x)))))
207         ; evaluates to '(2 2 . #<procedure>)
208
209 What happens here? First, we capture the continuation where `p` is about to be assigned a value. Inside the `let/cc` block, we create a pair consisting of `1` and the captured continuation. This pair is bound to p. We then proceed to extract the components of the pair. The head (`car`) goes into the start of a tuple we're building up. To get the next piece of the tuple, we extract the second component of `p` (this is the bound continuation `k`) and we apply it to a pair consisting of `2` and the identity function. Supplying arguments to `k` takes us back to the point where `p` is about to be assigned a value. The tuple we had formerly been building, starting with `1`, will no longer be accessible because we didn't bring along with us any way to refer to it, and we'll never get back to the context where we supplied an argument to `k`. Now `p` gets assigned not the result of `(let/cc k (cons 1 k))` again, but instead, the new pair that we provided: `'(2 . #<identity procedure>)`. Again we proceed to build up a tuple: we take the first element `2`, then we take the second element (now the identity function), and feed it a pair `'(2 . #<identity procedure>)`, and since it's an argument to the identity procedure that's also the result. So our final result is a nest pair, whose first element is `2` and whose second element is the pair `'(2 . #<identity procedure>)`. Racket displays this nested pair like this:
210
211         '(2 2 . #<procedure>)
212
213 Ok, so now let's see how to perform these same computations via CPS.
214
215 In the lambda evaluator:
216
217         let var = \x (\k. k x) in
218         let lam = \x_body (\k. k (\x. x_body x)) in
219         let app = \m n. (\k. m (\m. n (\n. m n k))) in
220         let app3 = \a b c. app (app a b) c in
221         let app4 = \a b c d. app (app (app a b) c) d in
222         let op1 = \op. \u. u (\a k. k (op a)) in
223         let op2 = \op. \u. u (\a v. v (\b k. k (op a b))) in
224         let op3 = \op. \u. u (\a v. v (\b w. w (\c k. k (op a b c)))) in
225         let callcc = \k_body. \outk. (\k. (k_body k) outk) (\v localk. outk v) in
226
227         ; (+ 100 (let/cc k (+ 10 1))) ~~> 111
228         app3 (op2 plus) (var hundred) (callcc (\k. app3 (op2 plus) (var ten) (var one)))
229         ; evaluates to \k. k (plus hundred (plus ten one))
230
231 Next:
232
233         ; (+ 100 (let/cc k (+ 10 (k 1)))) ~~> 101
234         app3 (op2 plus) (var hundred) (callcc (\k. app3 (op2 plus) (var ten) (app (var k) (var one))))
235         ; evaluates to \k. k (plus hundred one)
236
237 We won't try to do the third example in this framework.
238
239 Finally, using the Continuation monad from our OCaml monad library. We begin:
240
241         # #use "path/to/monads.ml"
242         # module C = Continuation_monad;;
243
244 Now what we want to do is something like this:
245
246         # C.(run0 (100 + callcc (fun k -> 10 + 1)));;
247
248 `run0` is a special function in the Continuation monad that runs a value of that monad using the identity function as its initial continuation. The above expression won't typee-check, for several reasons. First, we're trying to add 100 to `callcc (...)` but the latter is a `Continuation.m` value, not an `int`. So we have to do this instead:
249
250         # C.(run0 (callcc (fun k -> 10 + 1) >>= fun i -> 100 + i));;
251
252 Except that's still no good, because `10 + 1` and `100 + i` are of type `int`, but their context demands Continuation monadic values. So we have to throw in some `unit`s:
253
254         # C.(run0 (callcc (fun k -> unit (10 + 1)) >>= fun i -> unit (100 + i)));;
255         - : int = 111
256
257 This works and as you can see, delivers the same answer `111` that we got by the other methods.
258
259 Next we try:
260
261         # C.(run0 (callcc (fun k -> unit (10 + (k 1))) >>= fun i -> unit (100 + i)));;
262
263 That won't work because `k 1` doesn't have type `int`, but we're trying to add it to `10`. So we have to do instead:
264
265         # C.(run0 (callcc (fun k -> k 1 >>= fun j -> unit (10 + j)) >>= fun i -> unit (100 + i)));;
266         - : int = 101
267
268 This also works and as you can see, delivers the expected answer `101`.
269
270 At the moment, I'm not able to get the third example working with the monadic library. I thought that this should do it, but it doesn't type-check:
271
272         # C.(run0 (callcc (fun k -> unit (1,k)) >>= fun (p1,p2) -> p2 (2,unit) >>= fun p2' -> unit (p1,p2')));;
273
274 If we figure this out later (or anyone else does), we'll come back and report. <!-- FIXME -->
275
276
277
278 Delimited control operators
279 ===========================
280
281 `callcc` is what's known as an *undelimited control operator*. That is, the continuations `outk` that get bound inside our `k`s behave as though they include all the code from the `call/cc ...` out to *and including* the end of the program.
282
283 Often times it's more useful to use a different pattern, where we instead capture only the code from the invocation of our control operator out to a certain boundary, not including the end of the program. These are called *delimited control operators*. A variety of the latter have been formulated.
284
285 The most well-behaved from where we're coming from is the pair `reset` and `shift`. `reset` sets the boundary, and `shift` binds the continuation from the position where it's invoked out to that boundary.
286
287 It works like this:
288
289         (1) outer code
290         ------- reset -------
291         | (2)               |
292         | +----shift k ---+ |
293         | | (3)           | |
294         | |               | |
295         | |               | |
296         | +---------------+ |
297         | (4)               |
298         +-------------------+
299         (5) more outer code
300
301 First, the code in position (1) runs. Ignore position (2) for the moment. When we hit the `shift k`, the continuation between the `shift` and the `reset` will be captured and bound to `k`. Then the code in position (3) will run, with `k` so bound. The code in position (4) will never run, unless it's invoked through `k`. If the code in position (3) just ends with a regular value, and doesn't apply `k`, then the value returned by (3) is passed to (5) and the computation continues.
302
303 So it's as though the middle box---the (2) and (4) region---is by default not evaluated. This code is instead bound to `k`, and it's up to other code whether and when to apply `k` to any argument. If `k` is applied to an argument, then what happens? Well it will be as if that were the argument supplied by (3) only now that argument does go to the code (4) syntactically enclosing (3). When (4) is finished, that value also goes to (5) (just as (3)'s value did when it ended with a regular value). `k` can be applied repeatedly, and every time the computation will traverse that same path from (4) into (5).
304
305 I set (2) aside a moment ago. The story we just told is a bit too simple because the code in (2) needs to be evaluated because some of it may be relied on in (3).
306
307 For instance, in Scheme this:
308
309         (require racket/control)
310
311         (reset
312          (let ([x 1])
313            (+ 10 (shift k x))))
314
315 will return 1. The `(let ([x 1]) ...` part is evaluated, but the `(+ 10 ...` part is not.
316
317 Notice we had to preface the Scheme code with `(require racket/control)`. You don't have to do anything special to use `call/cc` or `let/cc`; but to use the other control operators we'll discuss you do have to include that preface in Racket.
318
319 This pattern should look somewhat familiar. Recall from our discussion of aborts, and repeated at the top of this page:
320
321         let foo x =
322         +---try begin----------------+
323         |       (if x = 1 then 10    |
324         |       else abort 20        |
325         |       ) + 100              |
326         +---end----------------------+
327         in (foo 2) + 1000;;
328
329 The box is working like a reset. The `abort` is implemented with a `shift`. Earlier, we refactored our code into a more CPS form:
330
331         let x = 2
332         in let snapshot = fun box ->
333             let foo_result = box
334             in (foo_result) + 1000
335         in let continue_normally = fun from_value ->
336             let value = from_value + 100
337             in snapshot value
338         in
339             if x = 1 then continue_normally 10
340             else snapshot 20;;
341
342 `snapshot` here corresponds to the code outside the `reset`. `continue_normally` is the middle block of code, between the `shift` and its surrounding `reset`. This is what gets bound to the `k` in our `shift`. The `if...` statement is inside a `shift`. Notice there that we invoke the bound continuation to "continue normally". We just invoke the outer continuation, saved in `snapshot` when we placed the `reset`, to skip the "continue normally" code and immediately abort to outside the box.
343
344 Using `shift` and `reset` operators in OCaml, this would look like this:
345
346         #require "delimcc";;
347         let p = Delimcc.new_prompt ();;
348         let reset = Delimcc.push_prompt p;;
349         let shift = Delimcc.shift p;;
350         let abort = Delimcc.abort p;;
351
352         let foo x =
353           reset(fun () ->
354                 shift(fun continue ->
355                         if x = 1 then continue 10
356                         else 20
357                 ) + 100
358           )
359         in foo 2 + 1000;;
360         - : int = 1020
361
362 If instead at the end we did `in foo 1 + 1000`, we'd get the result `1110`.
363
364 The above OCaml code won't work out of the box; you have to compile and install a special library that Oleg wrote. We discuss it on our [translation page](/translating_between_ocaml_scheme_and_haskell). If you can't get it working, then you can play around with `shift` and `reset` in Scheme instead. Or in the Continuation monad. Or using CPS transforms of your code, with the help of the lambda evaluator.
365
366 The relevant CPS transforms will be performed by these helper functions:
367
368         let reset = \body. \outk. outk (body (\i i)) in
369         let shift = \k_body. \midk. (\k. (k_body k) (\i i)) (\a localk. localk (midk a)) in
370         let abort = \body. \midk. body (\i i) in
371         ...
372
373 You use these like so:
374
375 *       [prompt m] is `prompt M` where `M` is [m]
376 *       [shift k M] is `shift (\k. M)` where `M` is [m]
377 *       and [abort M] is `abort M` where `M` is [m]
378         
379 There are also `reset` and `shift` and `abort` operations in the Continuation monad in our OCaml [[monad library]]. You can check the code for details.
380
381
382 As we said, there are many varieties of delimited continuations. Another common pair is `prompt` and `control`. There's no difference in meaning between `prompt` and `reset`; it's just that people tend to say `reset` when talking about `shift` and `prompt` when talking about `control`. `control` acts subtly differently from `shift`. In the uses you're likely to make as you're just learning about continuations, you won't see any difference. If you'll do more research in this vicinity, you'll soon enough learn about the differences.
383
384 (You can start by reading [the Racket docs](http://docs.racket-lang.org/reference/cont.html?q=shift&q=do#%28part._.Classical_.Control_.Operators%29).)
385
386
387 Ken Shan has done terrific work exploring the relations of `shift` and `control` and other control operators to each other.
388
389 In collecting these CPS transforms and implementing the monadic versions, we've been helped by Ken and by Oleg and by these papers:
390
391 *       Danvy and Filinski, "Representing control: a study of the CPS transformation" (1992)
392 *       Sabry, "Note on axiomatizing the semantics of control operators" (1996)
393
394
395 Examples of shift/reset/abort
396 -----------------------------
397
398 Here are some more examples of using delimited control operators. We present first a Scheme formulation; then we compute the same result using CPS and the lambda evaluator.
399
400
401         ; (+ 100 (+ 10 (abort 1))) ~~> 1
402         app3 (op2 plus) (var hundred)
403           (app3 (op2 plus) (var ten) (abort (var one)))
404
405         ; (+ 100 (prompt (+ 10 (abort 1)))) ~~> 101
406         app3 (op2 plus) (var hundred)
407           (prompt (app3 (op2 plus) (var ten) (abort (var one))))
408
409         ; (+ 1000 (prompt (+ 100 (shift k (+ 10 1))))) ~~> 1011
410         app3 (op2 plus) (var thousand)
411           (prompt (app3 (op2 plus) (var hundred)
412                 (shift (\k. ((op2 plus) (var ten) (var one))))))
413
414         ; (+ 1000 (prompt (+ 100 (shift k (k (+ 10 1)))))) ~~> 1111
415         app3 (op2 plus) (var thousand)
416           (prompt (app3 (op2 plus) (var hundred)
417                 (shift (\k. (app (var k) ((op2 plus) (var ten) (var one)))))))
418
419         ; (+ 1000 (prompt (+ 100 (shift k (+ 10 (k 1)))))) ~~> 1111 but added differently
420         app3 (op2 plus) (var thousand)
421           (prompt (app3 (op2 plus) (var hundred)
422                 (shift (\k. ((op2 plus) (var ten) (app (var k) (var one)))))))
423
424         ; (+ 100 ((prompt (+ 10 (shift k k))) 1)) ~~> 111
425         app3 (op2 plus) (var hundred)
426           (app (prompt (app3 (op2 plus) (var ten)
427                 (shift (\k. (var k))))) (var one))
428
429         ; (+ 100 (prompt (+ 10 (shift k (k (k 1)))))) ~~> 121
430         app3 (op2 plus) (var hundred)
431           (prompt (app3 (op2 plus) (var ten)
432                 (shift (\k. app (var k) (app (var k) (var one))))))
433
434
435 More:
436
437         (* (+ 1000 (prompt (+ 100 (shift k (+ 10 1))))) ~~> 1011 *)
438         let example1 () : int =
439           Continuation_monad.(let v = reset (
440                   let u = shift (fun k -> unit (10 + 1))
441                   in u >>= fun x -> unit (100 + x)
442                 ) in let w = v >>= fun x -> unit (1000 + x)
443                 in run w)
444
445         (* (+ 1000 (prompt (+ 100 (shift k (k (+ 10 1)))))) ~~> 1111 *)
446         let example2 () =
447           Continuation_monad.(let v = reset (
448                   let u = shift (fun k -> k (10 :: [1]))
449                   in u >>= fun x -> unit (100 :: x)
450                 ) in let w = v >>= fun x -> unit (1000 :: x)
451                 in run w)
452
453         (* (+ 1000 (prompt (+ 100 (shift k (+ 10 (k 1)))))) ~~> 1111 but added differently *)
454         let example3 () =
455           Continuation_monad.(let v = reset (
456                   let u = shift (fun k -> k [1] >>= fun x -> unit (10 :: x))
457                   in u >>= fun x -> unit (100 :: x)
458                 ) in let w = v >>= fun x -> unit (1000 :: x)
459                 in run w)
460
461         (* (+ 100 ((prompt (+ 10 (shift k k))) 1)) ~~> 111 *)
462         (* not sure if this example can be typed without a sum-type *)
463
464         (* (+ 100 (prompt (+ 10 (shift k (k (k 1)))))) ~~> 121 *)
465         let example5 () : int =
466           Continuation_monad.(let v = reset (
467                   let u = shift (fun k -> k 1 >>= fun x -> k x)
468                   in u >>= fun x -> unit (10 + x)
469                 ) in let w = v >>= fun x -> unit (100 + x)
470                 in run w)
471
472 More:
473
474         module C = Continuation_monad;;
475
476
477         print_endline "=== test TreeT(Continuation).distribute ==================";;
478
479         let id : 'z. 'z -> 'z = fun x -> x
480
481         let example n : (int * int) =
482           Continuation_monad.(let u = callcc (fun k ->
483                   (if n < 0 then k 0 else unit [n + 100])
484                   (* all of the following is skipped by k 0; the end type int is k's input type *)
485                   >>= fun [x] -> unit (x + 1)
486           )
487           (* k 0 starts again here, outside the callcc (...); the end type int * int is k's output type *)
488           >>= fun x -> unit (x, 0)
489           in run0 u)
490
491
492         (* (+ 1000 (prompt (+ 100 (shift k (+ 10 1))))) ~~> 1011 *)
493         let example1 () : int =
494           Continuation_monad.(let v = reset (
495                   let u = shift (fun k -> unit (10 + 1))
496                   in u >>= fun x -> unit (100 + x)
497                 ) in let w = v >>= fun x -> unit (1000 + x)
498                 in run0 w)
499
500         (* (+ 1000 (prompt (+ 100 (shift k (k (+ 10 1)))))) ~~> 1111 *)
501         let example2 () =
502           Continuation_monad.(let v = reset (
503                   let u = shift (fun k -> k (10 :: [1]))
504                   in u >>= fun x -> unit (100 :: x)
505                 ) in let w = v >>= fun x -> unit (1000 :: x)
506                 in run0 w)
507
508         (* (+ 1000 (prompt (+ 100 (shift k (+ 10 (k 1)))))) ~~> 1111 but added differently *)
509         let example3 () =
510           Continuation_monad.(let v = reset (
511                   let u = shift (fun k -> k [1] >>= fun x -> unit (10 :: x))
512                   in u >>= fun x -> unit (100 :: x)
513                 ) in let w = v >>= fun x -> unit (1000 :: x)
514                 in run0 w)
515
516         (* (+ 100 ((prompt (+ 10 (shift k k))) 1)) ~~> 111 *)
517         (* not sure if this example can be typed without a sum-type *)
518
519         (* (+ 100 (prompt (+ 10 (shift k (k (k 1)))))) ~~> 121 *)
520         let example5 () : int =
521           Continuation_monad.(let v = reset (
522                   let u = shift (fun k -> k 1 >>= k)
523                   in u >>= fun x -> unit (10 + x)
524                 ) in let w = v >>= fun x -> unit (100 + x)
525                 in run0 w)
526
527         ;;
528
529 More:
530
531         print_endline "=== test bare Continuation ============";;
532
533         (1011, 1111, 1111, 121);;
534         (example1(), example2(), example3(), example5());;
535         ((111,0), (0,0));;
536         (example ~+10, example ~-10);;
537
538
539         print_endline "=== pa_monad's Continuation Tests ============";;
540
541         (1, 5 = C.(run0 (unit 1 >>= fun x -> unit (x+4))) );;
542         (2, 9 = C.(run0 (reset (unit 5 >>= fun x -> unit (x+4)))) );;
543         (3, 9 = C.(run0 (reset (abort 5 >>= fun y -> unit (y+6)) >>= fun x -> unit (x+4))) );;
544         (4, 9 = C.(run0 (reset (reset (abort 5 >>= fun y -> unit (y+6))) >>= fun x -> unit (x+4))) );;
545         (5, 27 = C.(run0 (
546                                   let c = reset(abort 5 >>= fun y -> unit (y+6))
547                                   in reset(c >>= fun v1 -> abort 7 >>= fun v2 -> unit (v2+10) ) >>= fun x -> unit (x+20))) );;
548
549         (7, 117 = C.(run0 (reset (shift (fun sk -> sk 3 >>= sk >>= fun v3 -> unit (v3+100) ) >>= fun v1 -> unit (v1+2)) >>= fun x -> unit (x+10))) );;
550
551         (8, 115 = C.(run0 (reset (shift (fun sk -> sk 3 >>= fun v3 -> unit (v3+100)) >>= fun v1 -> unit (v1+2)) >>= fun x -> unit (x+10))) );;
552
553         (12, ["a"] = C.(run0 (reset (shift (fun f -> f [] >>= fun t -> unit ("a"::t)  ) >>= fun xv -> shift (fun _ -> unit xv)))) );;
554
555
556         (0, 15 = C.(run0 (let f k = k 10 >>= fun v-> unit (v+100) in reset (callcc f >>= fun v -> unit (v+5)))) );;
557