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)。

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。

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

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。

“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。