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)。

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)

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)。

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。

你的问题合并了计算机语言的两种相关衡量标准:函数式/命令式和纯粹/不纯粹。

函数式语言定义了函数的输入和输出之间的关系，命令式语言按照特定的执行顺序描述了特定的操作。

纯粹的语言不会产生或依赖副作用，而不纯粹的语言则自始至终都在使用副作用。

百分之百纯粹的程序基本上是无用的。他们可能会进行有趣的计算，但因为他们没有副作用，他们没有输入或输出，所以你永远不会知道他们计算了什么。

要想有用，一个程序至少要有一点不纯。使纯程序有用的一种方法是将它放在一个薄的非纯包装器中。比如下面这个未经测试的Haskell程序:

-- this is a pure function, written in functional style.
fib 0 = 0
fib 1 = 1
fib n = fib (n-1) + fib (n-2)

-- This is an impure wrapper around the pure function, written in imperative style
-- It depends on inputs and produces outputs.
main = do
    putStrLn "Please enter the input parameter"
    inputStr <- readLine
    putStrLn "Starting time:"
    getCurrentTime >>= print
    let inputInt = read inputStr    -- this line is pure
    let result = fib inputInt       -- this is also pure
    putStrLn "Result:"
    print result
    putStrLn "Ending time:"
    getCurrentTime >>= print

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?