请记住:函数式语言是图灵完备的。因此，任何用命令式语言执行的有用任务都可以用函数式语言完成。最后，我认为混合方法是有意义的。像f#和Clojure(我确信还有其他语言)这样的语言鼓励无状态设计，但在必要时允许可变性。

通过使用大量的递归。

用f#(一种函数式语言)玩地字游戏。

下面是如何在没有可变状态的情况下编写代码:不是将变化状态放入可变变量中，而是将其放入函数的参数中。不写循环，而是写递归函数。比如这段命令式代码:

f_imperative(y) {
  local x;
  x := e;
  while p(x, y) do
    x := g(x, y)
  return h(x, y)
}

变成这样的函数代码(类似scheme的语法):

(define (f-functional y) 
  (letrec (
     (f-helper (lambda (x y)
                  (if (p x y) 
                     (f-helper (g x y) y)
                     (h x y)))))
     (f-helper e y)))

或者这个Haskellish代码

f_fun y = h x_final y
   where x_initial = e
         x_final   = loop x_initial
         loop x = if p x y then loop (g x y) else x

至于为什么函数式程序员喜欢这样做(你没有问)，你的程序中无状态的部分越多，就有越多的方法可以在不中断的情况下将这些部分组合在一起。无状态范式的强大之处在于它本身不具有无状态性(或纯粹性)，而在于它使您能够编写强大的、可重用的函数并将它们组合起来。

你可以在John Hughes的论文Why Functional Programming Matters中找到一个很好的教程，里面有很多例子。

注意，说函数式编程没有“状态”有点误导，可能是造成混淆的原因。它肯定没有“可变状态”，但它仍然可以有被操纵的值;它们只是不能就地更改(例如，您必须从旧值创建新值)。

这是一个严重的过度简化，但是想象一下你有一个OO语言，其中类上的所有属性只在构造函数中设置一次，所有方法都是静态函数。您仍然可以通过让方法获取包含计算所需的所有值的对象，然后返回带有结果的新对象(甚至可能是同一对象的新实例)来执行几乎任何计算。

将现有代码转换为这种范式可能“很难”，但这是因为它确实需要一种完全不同的思考代码的方式。但作为一个副作用，在大多数情况下，您可以免费获得大量并行机会。

附录:(关于如何跟踪需要更改的值的编辑) 当然，它们会被存储在一个不可变的数据结构中……

这不是一个建议的“解决方案”，但最简单的方法是，你可以将这些不可变的值存储到一个类似map(字典/哈希表)的结构中，以“变量名”为键。

显然，在实际解决方案中，您应该使用更明智的方法，但这确实表明，如果其他方法都不起作用，那么在最坏情况下，您可以使用这样一个贯穿调用树的映射来“模拟”可变状态。

简单的回答是:你不能。

那么不变性有什么好大惊小怪的呢?

If you're well-versed in imperative language, then you know that "globals are bad". Why? Because they introduce (or have the potential to introduce) some very hard-to-untangle dependencies in your code. And dependencies are not good; you want your code to be modular. Parts of program not influence other parts as little as possible. And FP brings you to the holy grail of modularity: no side effects at all. You just have your f(x) = y. Put x in, get y out. No changes to x or anything else. FP makes you stop thinking about state, and start thinking in terms of values. All of your functions simply receive values and produce new values.

这有几个优点。

首先，没有副作用意味着程序更简单，更容易推理。不用担心引入程序的新部分会干扰并使现有的正在工作的部分崩溃。

其次，这使得程序的可并行性微不足道(有效的并行化是另一回事)。

第三，有一些可能的性能优势。假设你有一个函数:

double x = 2 * x

现在你输入一个3的值，得到一个6的值。每一次。但是在祈使句中也可以这样做，对吧?是的。但问题是，在命令式中，你可以做更多的事情。我可以:

int y = 2;
int double(x){ return x * y; }

但我也可以

int y = 2;
int double(x){ return x * (y++); }

命令式编译器不知道我是否会有副作用，这使得优化更加困难(即double 2不必每次都是4)。函数函数知道我不会——因此，它可以在每次看到“double 2”时进行优化。

现在，即使每次创建新值对于复杂类型的值在计算机内存方面看起来是难以置信的浪费，但它不必如此。因为，如果你有f(x) = y，并且x和y的值“基本相同”(例如，只有少数叶子不同的树)，那么x和y可以共享部分内存——因为它们都不会突变。

如果这个不可变的东西这么好，为什么我说没有可变状态就不能做任何有用的事情。如果没有可变性，整个程序就是一个巨大的f(x) = y函数。同样的道理也适用于程序的所有部分:只是函数，而且是“纯粹”意义上的函数。我说过，这意味着每次都是f(x) = y。因此，例如readFile("myFile.txt")每次都需要返回相同的字符串值。不是很有用。

因此，每个FP都提供了一些突变状态的方法。“纯”函数语言(例如Haskell)使用一些可怕的概念(如单子)来做到这一点，而“不纯”函数语言(例如ML)则直接允许这样做。

当然，函数式语言还带来了许多其他优点，使编程更加高效，比如一类函数等。

我现在才开始讨论这个问题，但是我想为那些正在与函数式编程作斗争的人补充几点。

函数式语言维护与命令式语言完全相同的状态更新，但它们是通过将更新后的状态传递给后续的函数调用来实现的。这是一个沿着数轴移动的简单例子。您的状态是您当前的位置。

首先是命令式方式(在伪代码中)

moveTo(dest, cur):
    while (cur != dest):
         if (cur < dest):
             cur += 1
         else:
             cur -= 1
    return cur

现在是函数式的方式(在伪代码中)。我非常依赖三元运算符，因为我希望有命令式背景的人能够读懂这段代码。所以如果你不经常使用三元运算符(我总是避免它在我的命令式的日子)下面是它是如何工作的。

predicate ? if-true-expression : if-false-expression

您可以通过将一个新的三元表达式放在假表达式的位置来连接三元表达式

predicate1 ? if-true1-expression :
predicate2 ? if-true2-expression :
else-expression

考虑到这一点，下面是函数版本。

moveTo(dest, cur):
    return (
        cur == dest ? return cur :
        cur < dest ? moveTo(dest, cur + 1) : 
        moveTo(dest, cur - 1)
    )

这是一个简单的例子。如果这是在游戏世界中移动人，你就必须引入一些副作用，如在屏幕上绘制对象的当前位置，并根据对象移动的速度在每次调用中引入一些延迟。但你仍然不需要可变状态。

The lesson is that functional languages "mutate" state by calling the function with different parameters. Obviously this doesn't really mutate any variables, but that's how you get a similar effect. This means you'll have to get used to thinking recursively if you want to do functional programming. Learning to think recursively is not hard, but it does take both practice and a toolkit. That small section in that "Learn Java" book where they used recursion to calculate factorial does not cut it. You need a toolkit of skills like making iterative processes out of recursion (this is why tail recursion is essential for functional language), continuations, invariants, etc. You wouldn't do OO programming without learning about access modifiers, interfaces etc. Same thing for functional programming.

我的建议是做小Schemer(注意我说的是“做”而不是“读”)，然后做SICP的所有练习。当你完成时，你的大脑会和刚开始时不一样。