TLDR:你可以在没有可变状态的情况下进行任何计算，但是当真正需要告诉计算机该做什么的时候，因为计算机只使用可变状态，你需要在某些时候改变一些东西。

有很多答案正确地说，没有可变状态就不能做任何有用的事情，我想用一些简单的(反)例子来支持这一点，以及一个普遍的直觉。

如果你看到任何一段被认为是“纯函数式”的代码，并且它是这样做的(不是真正的语言):

printUpToTen = map println [1..10]

这不是纯功能性的。有一个隐藏状态(stdout的状态)不仅被改变了，而且隐式地传递进来。看起来像这样的代码(同样不是真正的语言):

printUpToTen = map println stdout [1..10]

也是不纯的:即使显式地传入state (stdout)，它仍然是隐式突变的。

现在直观地说:可变状态是必要的，因为影响我们计算机的核心构建块是可变状态，这个构建块是内存。我们不能强迫计算机做任何事情，而不以某种方式操纵内存，即使我们的计算模型确实可以计算任何东西，而没有“内存”的概念。

Think of something like an old GameBoy Advance: in order to display something to the screen, you must modify the memory (there are certain addresses that are read many times a second that determine whats being put on the screen). Your computational model (pure functional programming) may not need state to operate, you may even be able to implement you model using an imperative, state manipulation model (like assembly) that abstracts the state manipulation, but at the end of the day, somewhere in you code you have to modify those addresses in memory for the device to actually display anything.

这就是命令式模型具有天然优势的地方:因为它们总是在操作状态，所以您可以非常容易地将其转换为实际修改内存。下面是一个渲染循环的例子:

while (1) {
   render(graphics_state);
}

如果你要展开循环，它看起来像这样:

render(graphics_state); // modified the memory
render(graphics_state); // modified the memory
render(graphics_state); // modified the memory
...

但在纯函数式语言中，你可能会得到这样的东西:

render_forever state = render_forever newState
    where newState = render state

展开(准确地说是压平)可以像这样可视化:

render(render(render(render(...state) // when is the memory actually changing??

// or if you want to expand it the other direction
...der(render(render(render(render(render(state) // no mutation

正如你所看到的，我们在状态上一遍又一遍地调用一个函数，状态是不断变化的，但我们从不改变内存:我们立即将它传递给下一个函数调用。即使我们的实现实际上在底层修改了一些表示状态的东西(甚至在适当的位置!)，它也不在正确的位置。在某些时候，我们需要暂停并修改内存中的正确地址，这涉及到突变。

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。

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。

让我们来回答更普遍的问题:

没有状态，你怎么做有用的事情?

你不。

寻找传统语言的替代品 我们必须首先认识到，一种制度不可能成为历史 敏感(允许执行一个程序来影响 一个后续的行为)，除非系统已经 某种状态(第一个程序可以改变这种状态) 而第二个可以访问)。因此，历史敏感 计算系统的模型必须具有状态转换 语义学，至少在这个弱意义上。 约翰·巴克斯。

(由我强调)

重要的是巴克斯随后的观察:

但这不是 意味着每个计算都必须严重依赖于 复杂状态[…]

像Haskell或Clean这样的函数式语言允许您轻松地将这种观察付诸实践:大多数定义都是普通的函数，就像您在数学教育中看到的那样。这就留下了一小群“杂七杂八的人”来处理所有恼人的外部状态，例如:

与用户互动， 与远程服务通信， 处理模拟使用随机抽样， 打印出一个SVG文件(例如海报)， 定期备份，

.．.两种语言都使用类型来区分普通和混杂。

有时，如果您试图实现的算法使用私有、局部可变状态实现，则效果最好。在这种情况下，你可以使用Haskell扩展来做到这一点，而不会让整个程序变得“内部杂乱”——详情请参阅John Launchbury和Simon Peyton Jones编写的State In Haskell。

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。