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。

只是做同一件事的不同方式。

Consider a simple example such as adding the numbers 3, 5, and 10. Imagine thinking about doing that by first changing the value of 3 by adding 5 to it, then adding 10 to that "3", then outputting the current value of "3" (18). This seems patently ridiculous, but it is in essence the way that state-based imperative programming is often done. Indeed, you can have many different "3"s that have the value 3, yet are different. All of this seems odd, because we have been so ingrained with the, quite enormously sensible, idea that the numbers are immutable.

现在，当您将值设置为不可变时，考虑添加3、5和10。3加5得到另一个值8，然后再加10得到另一个值18。

这是做同样事情的等价方法。所有必要的信息都存在于这两种方法中，只是形式不同。其中，信息以状态的形式存在，并存在于改变状态的规则中。在另一种情况下，信息存在于不可变数据和函数定义中。

这就是没有COMMON块的FORTRAN的工作方式:您将编写具有传入值和局部变量的方法。就是这样。

面向对象编程将我们的状态和行为结合在一起，但当我在1994年第一次从c++中接触到它时，它还是一个新思想。

天啊，当我还是机械工程师的时候，我是一个函数式程序员，而我却不知道!

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。

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。

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。