在函数式编程中时间函数是如何存在的?

早在1988年，Dave Harrison在定义带有实时处理功能的早期函数式语言时就面临着这个问题。他为Ruth选择的解决方案可以在他的论文《功能性实时编程:Ruth语言及其语义》第50页中找到:

一个唯一的时钟在运行时自动提供给每个Ruth进程，以提供实时信息，[…]

那么这些时钟是如何定义的呢?第61页:

时钟树由一个表示当前时间的非负整数节点和两个包含未来事件时间的子树组成。

此外:

当树被(惰性地)计算时，每个节点都被实例化为节点实例化时的系统时间值，从而使程序引用当前时间。

翻译成Haskell:

type Clock = Tree Time
type Time  = Integer -- must be zero or larger

data Tree a = Node { contents :: a,
                     left     :: Tree a,
                     right    :: Tree a }

除了访问当前时间(带内容)之外，每个Ruth进程还可以提供其他时钟(带左时钟和右时钟)，以便在程序的其他地方使用。如果一个进程不止一次需要当前时间，那么它必须每次都使用一个新节点——实例化后，节点的内容保持不变。

这就是函数式语言中时间函数的存在方式:无论调用它的地方，它总是应用于唯一的输入值(在这里是一个时间树)。

另一种解释是:没有函数可以获得当前时间(因为它一直在变化)，但一个动作可以获得当前时间。让我们说getClockTime是一个常量(或者一个零函数，如果你喜欢的话)，它表示获取当前时间的动作。无论什么时候使用，这个动作每次都是一样的，所以它是一个真正的常数。

同样地，我们说print是一个函数，它需要一些时间来表示并将其打印到控制台。由于函数调用在纯函数式语言中不会产生副作用，因此我们将其想象为一个接受时间戳的函数，并返回将其打印到控制台的操作。同样，这是一个真实的函数，因为如果你给它相同的时间戳，它每次都会返回相同的打印操作。

Now, how can you print the current time to the console? Well, you have to combine the two actions. So how can we do that? We cannot just pass getClockTime to print, since print expects a timestamp, not an action. But we can imagine that there is an operator, >>=, which combines two actions, one which gets a timestamp, and one which takes one as argument and prints it. Applying this to the actions previously mentioned, the result is... tadaaa... a new action which gets the current time and prints it. And this is incidentally exactly how it is done in Haskell.

Prelude> System.Time.getClockTime >>= print
Fri Sep  2 01:13:23 東京 (標準時) 2011

因此，从概念上讲，您可以这样看待它:纯函数式程序不执行任何I/O，它定义了一个操作，然后运行时系统执行该操作。该操作每次都是相同的，但执行它的结果取决于执行时的情况。

我不知道这是否比其他解释更清楚，但它有时会帮助我这样思考。

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?

是的，函数式编程中可以存在一个获得时间的函数，它使用了函数式编程的一个稍微修改过的版本，称为非纯函数式编程(默认的或主要的是纯函数式编程)。

在获取时间(或读取文件，或发射导弹)的情况下，代码需要与外部世界进行交互以完成工作，而这个外部世界并不是基于函数式编程的纯粹基础。为了允许纯函数式编程世界与这个不纯的外部世界进行交互，人们引入了不纯函数式编程。毕竟，不与外部世界交互的软件除了做一些数学计算之外没有任何用处。

很少有函数式编程语言具有这种内嵌的不纯特性，这样就不容易区分哪些代码是不纯的，哪些是纯的(如f#等)，而一些函数式编程语言确保当你做一些不纯的事情时，代码与纯代码相比明显突出，如Haskell。

另一种有趣的方式是，函数式编程中的get time函数将接受一个“world”对象，该对象具有世界的当前状态，如时间、生活在世界中的人数等。然后从世界对象中获取时间，这个世界对象总是纯的，即你在相同的世界状态下通过，你将总是得到相同的时间。

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。

“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。