通过使用大量的递归。

用f#(一种函数式语言)玩地字游戏。

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。

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。

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。

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.

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!