我必须承认我对函数式编程了解不多。我从这里和那里读到它,所以开始知道在函数式编程中,一个函数返回相同的输出,对于相同的输入,无论函数被调用多少次。它就像一个数学函数,对于函数表达式中包含的输入参数的相同值,计算出相同的输出。

例如,考虑这个:

f(x,y) = x*x + y; // It is a mathematical function

不管你用了多少次f(10,4)它的值总是104。因此,无论你在哪里写f(10,4),你都可以用104替换它,而不改变整个表达式的值。此属性称为表达式的引用透明性。

正如维基百科所说,

相反,在函数式代码中,函数的输出值只取决于函数的输入参数,因此调用函数f两次,参数x的值相同,两次将产生相同的结果f(x)。

函数式编程中是否存在时间函数(返回当前时间)?

如果是,那它怎么可能存在?它是否违反了函数式编程的原则?它尤其违反了引用透明性,这是函数式编程的特性之一(如果我理解正确的话)。 如果没有,那么在函数式编程中如何知道当前时间呢?


当前回答

在Haskell中,我们使用一个叫做monad的结构来处理副作用。单子基本上意味着你将值封装到容器中,并在容器中使用一些函数将值与值之间的函数链接起来。如果容器的类型为:

data IO a = IO (RealWorld -> (a,RealWorld))

我们可以安全地实现IO动作。IO类型的动作是一个函数,它接受一个RealWorld类型的令牌,并返回一个新的令牌和结果。

这背后的想法是,每个IO操作都会改变外部状态,由神奇的令牌RealWorld表示。通过使用单子,我们可以将多个函数链接在一起,从而改变现实世界。一个单子最重要的功能是>>=,发音为bind:

(>>=) :: IO a -> (a -> IO b) -> IO b

>>=取一个动作和一个函数,该函数取这个动作的结果并由此创建一个新的动作。返回类型是新动作。例如,假设现在有一个函数::IO String,它返回一个表示当前时间的String。我们可以用putStrLn函数链接它来打印它:

now >>= putStrLn

或者用do-Notation写,这对命令式程序员来说更熟悉:

do currTime <- now
   putStrLn currTime

所有这些都是纯粹的,因为我们将关于外部世界的突变和信息映射到RealWorld令牌。因此,每次运行此操作时,当然会得到不同的输出,但输入是不相同的:RealWorld令牌是不同的。

其他回答

您正在讨论函数式编程中一个非常重要的主题,即执行I/O。许多纯语言是通过使用嵌入式领域特定语言来实现的,例如,一种子语言,其任务是编码可以产生结果的动作。

例如,Haskell运行时希望我定义一个名为main的操作,该操作由组成程序的所有操作组成。运行时然后执行此操作。大多数情况下,这样做只会执行纯代码。运行时将不时使用计算出的数据执行I/O,并将数据反馈回纯代码。

You might complain that this sounds like cheating, and in a way it is: by defining actions and expecting the runtime to execute them, the programmer can do everything a normal program can do. But Haskell's strong type system creates a strong barrier between pure and "impure" parts of the program: you cannot simply add, say, two seconds to the current CPU time, and print it, you have to define an action that results in the current CPU time, and pass the result on to another action that adds two seconds and prints the result. Writing too much of a program is considered bad style though, because it makes it hard to infer which effects are caused, compared to Haskell types that tell us everything we can know about what a value is.

示例:clock_t c = time(NULL);Printf ("%d\n", c + 2);在Haskell中,vs. main = getCPUTime >>= \ C -> print (C + 2*1000*1000*1000*1000)操作符>>=用于组合动作,将第一个动作的结果传递给产生第二个动作的函数。这看起来很神秘,Haskell编译器支持语法糖,允许我们编写后面的代码如下:

type Clock = Integer -- To make it more similar to the C code

-- An action that returns nothing, but might do something
main :: IO ()
main = do
    -- An action that returns an Integer, which we view as CPU Clock values
    c <- getCPUTime :: IO Clock
    -- An action that prints data, but returns nothing
    print (c + 2*1000*1000*1000*1000) :: IO ()

后者看起来很有必要,不是吗?

“当前时间”不是一个函数。它是一个参数。如果您的代码依赖于当前时间,这意味着您的代码是由时间参数化的。

是也不是。

不同的函数式编程语言解决这些问题的方法不同。

在Haskell(一个非常纯粹的Haskell)中,所有这些东西都必须发生在一个叫做I/O单子的东西中——看这里。

你可以把它看作是将另一个输入(和输出)输入到你的函数(世界状态)中,或者更简单地认为是“不确定性”发生的地方,比如得到变化的时间。

像f#这样的其他语言只是内置了一些不纯性,所以你可以有一个函数为相同的输入返回不同的值——就像普通的命令式语言一样。

正如杰弗里·伯卡在他的评论中提到的: 下面是来自Haskell wiki的I/O单子的介绍。

如果是,那它怎么可能存在?这难道不违反原则吗 函数式编程吗?它尤其违反了参照原则 透明度

它的存在不是纯粹的功能性的。

如果不是,那么如何知道当前时间是泛函的 编程吗?

首先,了解如何在计算机上检索时间可能是有用的。从本质上讲,有一个板载电路来记录时间(这就是电脑通常需要一个小电池的原因)。然后可能会有一些内部进程在某个内存寄存器上设置时间的值。这本质上可以归结为CPU可以检索到的值。


对于Haskell,有一个“IO动作”的概念,它表示一种类型,可以执行一些IO进程。因此,我们不引用时间值,而是引用IO时间值。所有这些都是纯功能性的。我们引用的不是时间,而是“读取时间寄存器的值”之类的东西。

当我们实际执行Haskell程序时,IO操作将实际发生。

是的,对于一个纯函数来说返回时间是可能的,如果它把时间作为一个参数。不同的时间论据,不同的时间结果。然后形成其他时间函数,并将它们与函数(时间)转换(高阶)函数的简单词汇表结合起来。由于该方法是无状态的,因此这里的时间可以是连续的(与分辨率无关),而不是离散的,从而极大地提高了模块化。这种直觉是函数式响应式编程(FRP)的基础。