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)。

其他回答

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。

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。

“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。

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。

我很惊讶,没有一个答案或评论提到共代数或共归纳。通常,同归纳法在对无限数据结构进行推理时被提及,但它也适用于无穷无尽的观察流,例如CPU上的时间寄存器。一个协代数模型隐藏状态;同感应模型观察到这种状态。(正常诱导模型构造状态。)

这是响应式函数式编程中的一个热门话题。如果你对这类东西感兴趣,请阅读以下内容:http://digitalcommons.ohsu.edu/csetech/91/(28页)

Richard B. Kieburtz,“响应式函数式编程”(1997)。CSETech。第91篇(链接)