或者如果你玩电子游戏，有 大量的状态变量，开始 所有的位置 角色，他们倾向于移动 不断。你怎么可能呢 没有记录任何有用的东西 改变价值观?

如果您感兴趣，这里有一系列描述使用Erlang进行游戏编程的文章。

您可能不喜欢这个答案，但在使用它之前，您不会得到函数式程序。我可以发布代码示例并说“这里，你看不出来吗”——但如果你不理解语法和基本原理，那么你的眼睛就会呆滞。从您的角度来看，我似乎在做与命令式语言相同的事情，但只是设置了各种界限，有意地使编程更加困难。在我看来，你只是在经历Blub悖论。

一开始我持怀疑态度，但几年前我跳上了函数式编程的火车，并爱上了它。函数式编程的诀窍在于能够识别模式、特定的变量赋值，并将命令式状态移动到堆栈中。例如，for循环变成了递归:

// Imperative
let printTo x =
    for a in 1 .. x do
        printfn "%i" a

// Recursive
let printTo x =
    let rec loop a = if a <= x then printfn "%i" a; loop (a + 1)
    loop 1

它不是很漂亮，但我们在没有突变的情况下得到了相同的效果。当然，在任何可能的情况下，我们都喜欢避免循环，只是将它抽象出来:

// Preferred
let printTo x = seq { 1 .. x } |> Seq.iter (fun a -> printfn "%i" a)

Seq。Iter方法将对集合进行枚举，并为每个项调用匿名函数。非常方便:)

我知道，打印数字并不令人印象深刻。然而，我们可以在游戏中使用相同的方法:在堆栈中保持所有状态，并在递归调用中使用我们的更改创建一个新对象。这样，每一帧都是游戏的无状态快照，其中每一帧只是创建一个全新的对象，其中包含需要更新的无状态对象的所需更改。它的伪代码可能是:

// imperative version
pacman = new pacman(0, 0)
while true
    if key = UP then pacman.y++
    elif key = DOWN then pacman.y--
    elif key = LEFT then pacman.x--
    elif key = UP then pacman.x++
    render(pacman)

// functional version
let rec loop pacman =
    render(pacman)
    let x, y = switch(key)
        case LEFT: pacman.x - 1, pacman.y
        case RIGHT: pacman.x + 1, pacman.y
        case UP: pacman.x, pacman.y - 1
        case DOWN: pacman.x, pacman.y + 1
    loop(new pacman(x, y))

命令式版本和函数式版本是相同的，但是函数式版本显然没有使用可变状态。函数式代码将所有状态保存在堆栈上——这种方法的好处是，如果出现错误，调试很容易，您所需要的只是堆栈跟踪。

这可以扩展到游戏中任意数量的对象，因为所有对象(或相关对象的集合)都可以在自己的线程中呈现。

几乎每一个用户应用程序我 可以把国家看作一个核心吗 的概念。

在函数式语言中，我们不是改变对象的状态，而是简单地返回一个带有我们想要的更改的新对象。它比听起来更有效率。例如，数据结构很容易表示为不可变数据结构。例如，堆栈是出了名的容易实现:

using System;

namespace ConsoleApplication1
{
    static class Stack
    {
        public static Stack<T> Cons<T>(T hd, Stack<T> tl) { return new Stack<T>(hd, tl); }
        public static Stack<T> Append<T>(Stack<T> x, Stack<T> y)
        {
            return x == null ? y : Cons(x.Head, Append(x.Tail, y));
        }
        public static void Iter<T>(Stack<T> x, Action<T> f) { if (x != null) { f(x.Head); Iter(x.Tail, f); } }
    }

    class Stack<T>
    {
        public readonly T Head;
        public readonly Stack<T> Tail;
        public Stack(T hd, Stack<T> tl)
        {
            this.Head = hd;
            this.Tail = tl;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Stack<int> x = Stack.Cons(1, Stack.Cons(2, Stack.Cons(3, Stack.Cons(4, null))));
            Stack<int> y = Stack.Cons(5, Stack.Cons(6, Stack.Cons(7, Stack.Cons(8, null))));
            Stack<int> z = Stack.Append(x, y);
            Stack.Iter(z, a => Console.WriteLine(a));
            Console.ReadKey(true);
        }
    }
}

上面的代码构造了两个不可变列表，将它们附加在一起以形成一个新列表，并附加结果。应用程序中的任何地方都不使用可变状态。它看起来有点笨重，但这只是因为c#是一种冗长的语言。下面是f#中的等效程序:

type 'a stack =
    | Cons of 'a * 'a stack
    | Nil

let rec append x y =
    match x with
    | Cons(hd, tl) -> Cons(hd, append tl y)
    | Nil -> y

let rec iter f = function
    | Cons(hd, tl) -> f(hd); iter f tl
    | Nil -> ()

let x = Cons(1, Cons(2, Cons(3, Cons(4, Nil))))
let y = Cons(5, Cons(6, Cons(7, Cons(8, Nil))))
let z = append x y
iter (fun a -> printfn "%i" a) z

No mutable necessary to create and manipulate lists. Nearly all data structures can be easily converted into their functional equivalents. I wrote a page here which provides immutable implementations of stacks, queues, leftist heaps, red-black trees, lazy lists. Not a single snippet of code contains any mutable state. To "mutate" a tree, I create a brand new one with new node I want -- this is very efficient because I don't need to make a copy of every node in the tree, I can reuse the old ones in my new tree.

使用一个更重要的例子，我还编写了这个完全无状态的SQL解析器(或者至少我的代码是无状态的，我不知道底层词法库是否是无状态的)。

无状态编程与有状态编程一样具有表现力和强大的功能，它只需要一点点练习来训练自己开始无状态思考。当然，“尽可能使用无状态编程，必要时使用有状态编程”似乎是大多数非纯函数式语言的座右铭。当函数式方法不那么干净或有效时，求助于变量并没有什么坏处。

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。

事实上，即使在没有可变状态的语言中，也很容易有一些看起来像可变状态的东西。

Consider a function with type s -> (a, s). Translating from Haskell syntax, it means a function which takes one parameter of type "s" and returns a pair of values, of types "a" and "s". If s is the type of our state, this function takes one state and returns a new state, and possibly a value (you can always return "unit" aka (), which is sort of equivalent to "void" in C/C++, as the "a" type). If you chain several calls of functions with types like this (getting the state returned from one function and passing it to the next), you have "mutable" state (in fact you are in each function creating a new state and abandoning the old one).

It might be easier to understand if you imagine the mutable state as the "space" where your program is executing, and then think of the time dimension. At instant t1, the "space" is in a certain condition (say for example some memory location has value 5). At a later instant t2, it is in a different condition (for example that memory location now has value 10). Each of these time "slices" is a state, and it is immutable (you cannot go back in time to change them). So, from this point of view, you went from the full spacetime with a time arrow (your mutable state) to a set of slices of spacetime (several immutable states), and your program is just treating each slice as a value and computing each of them as a function applied to the previous one.

好吧，也许这并不容易理解:-)

It might seem inneficient to explicitly represent the whole program state as a value, which has to be created only to be discarded the next instant (just after a new one is created). For some algorithms it might be natural, but when it is not, there is another trick. Instead of a real state, you can use a fake state which is nothing more than a marker (let's call the type of this fake state State#). This fake state exists from the point of view of the language, and is passed like any other value, but the compiler completely omits it when generating the machine code. It only serves to mark the sequence of execution.

举个例子，假设编译器给了我们以下函数:

readRef :: Ref a -> State# -> (a, State#)
writeRef :: Ref a -> a -> State# -> (a, State#)

从这些类似haskell的声明中转换，readRef接收到类似于指向“a”类型值和假状态的指针或句柄的东西，并返回由第一个形参和新的假状态指向的“a”类型值。writeRef类似，但是改变了所指向的值。

If you call readRef and then pass it the fake state returned by writeRef (perhaps with other calls to unrelated functions in the middle; these state values create a "chain" of function calls), it will return the value written. You can call writeRef again with the same pointer/handle and it will write to the same memory location — but, since conceptually it is returning a new (fake) state, the (fake) state is still imutable (a new one has been "created"). The compiler will call the functions in the order it would have to call them if there was a real state variable which had to be computed, but the only state which there is is the full (mutable) state of the real hardware.

(了解Haskell的人会注意到我简化了很多东西，并省略了一些重要的细节。对于那些想要看到更多细节的人，看看mtl中的Control.Monad.State，以及ST和IO(又名ST RealWorld)单子。

You might wonder why doing it in such a roundabout way (instead of simply having mutable state in the language). The real advantage is that you have reified your program's state. What before was implicit (your program state was global, allowing for things like action at a distance) is now explicit. Functions which do not receive and return the state cannot modify it or be influenced by it; they are "pure". Even better, you can have separate state threads, and with a bit of type magic, they can be used to embed an imperative computation within a pure one, without making it impure (the ST monad in Haskell is the one normally used for this trick; the State# I mentioned above is in fact GHC's State# s, used by its implementation of the ST and IO monads).

使用一些创造性和模式匹配，无状态游戏被创造出来:

迷宫游戏 迷宫游戏2 CSSPlay:井字 纯CSS一字棋 CSSPlay:乒乓球 CSSPlay:乒乓球 CSSPlay:警察与强盗 CSSPlay: Whack-a-Rat CSS3 Pong:与CSS有关的疯狂事情

以及滚动演示:

随机英雄 动画模拟SVG时钟 动画SVG摆 动画SVG赛车手 CSS3:造雪

和可视化:

XSLT 曼德尔布洛特

我觉得这里有点误会。纯函数式程序有状态。不同之处在于该状态是如何建模的。在纯函数式编程中，状态是由接受某个状态并返回下一个状态的函数操作的。然后通过将状态传递给纯函数序列来实现状态排序。

甚至全局可变状态也可以这样建模。例如，在Haskell中，程序是一个从World到World的函数。也就是说，你传入整个宇宙，程序返回一个新的宇宙。但是，在实践中，您只需要传入您的程序实际感兴趣的部分。程序实际上返回一系列动作，作为程序运行的操作环境的指令。

您希望从命令式编程的角度对此进行解释。好的，让我们看一些用函数式语言编写的非常简单的命令式编程。

考虑下面的代码:

int x = 1;
int y = x + 1;
x = x + y;
return x;

相当标准的命令式代码。没有做什么有趣的事情，但这是可以用来说明的。我想你们会同意这里涉及到国家。变量x的值随时间变化。现在，让我们稍微改变一下符号，发明一个新的语法:

let x = 1 in
let y = x + 1 in
let z = x + y in z 

加上括号使它的意思更清楚:

let x = 1 in (let y = x + 1 in (let z = x + y in (z)))

可以看到，状态是由一系列纯表达式建模的，这些纯表达式绑定了下面表达式的自由变量。

您会发现这个模式可以建模任何类型的状态，甚至IO。

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。