Functional programming avoids state and emphasizes functionality. There's never any such thing as no state, though the state might actually be something that's immutable or baked into the architecture of what you're working with. Consider the difference between a static web server that just loads up files off the filesystem versus a program that implements a Rubik's cube. The former is going to be implemented in terms of functions designed to turn a request into a file path request into a response from the contents of that file. Virtually no state is needed beyond a tiny bit of configuration (the filesystem 'state' is really outside the scope of the program. The program works the same way regardless of what state the files are in). In the latter though, you need to model the cube and your program implementation of how operations on that cube change its state.

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。

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。

除了别人给出的很好的答案，想想Java中的Integer和String类。这些类的实例是不可变的，但这并不意味着仅仅因为它们的实例不可更改，这些类就毫无用处。不可变性给了你一定的安全性。您知道，如果使用String或Integer实例作为Map的键，则该键不能更改。将其与Java中的Date类进行比较:

Date date = new Date();
mymap.put(date, date.toString());
// Some time later:
date.setTime(new Date().getTime());

你已经无声地改变了地图中的一个键!使用不可变对象(如在函数式编程中)要干净得多。更容易推断会发生什么副作用——没有!这意味着程序员更容易，优化器也更容易。

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。