python - 如何检查函数是否在 Python 中是纯函数？

Question

A pure function是一个类似于数学函数的函数，其中没有与“真实世界”的交互，也没有副作用。从更实际的角度来看，这意味着纯函数可以不:

• 打印或以其他方式显示消息
• 随机
• 取决于系统时间
• 更改全局变量
• 及其他

所有这些限制使得纯函数比非纯函数更容易推理。大多数功能应该是纯的，这样程序才能有更少的错误。

在像 Haskell 这样具有庞大类型系统的语言中，读者可以从一开始就知道函数是否是纯函数，从而使后续阅读更加容易。

在 Python 中，此信息可以通过放在函数顶部的 @pure 装饰器来模拟。我还希望那个装饰器真正做一些验证工作。我的问题在于这样一个装饰器的实现。

现在我只是简单地查看函数的源代码，寻找诸如 global 或 random 或 print 之类的流行语，如果找到一个就会提示

import inspect

def pure(function):
    source = inspect.getsource(function)
    for non_pure_indicator in ('random', 'time', 'input', 'print', 'global'):
        if non_pure_indicator in source:
            raise ValueError("The function {} is not pure as it uses `{}`".format(
                function.__name__, non_pure_indicator))
    return function

然而，这感觉像是一个奇怪的 hack，它可能会或可能不会取决于你的运气，你能帮我写一个更好的装饰器吗？

Answer 1

我有点明白你来自哪里，但我认为这行不通。让我们举一个简单的例子:

def add(a,b):
    return a + b

所以这对你来说可能看起来是“纯粹的”。但是在 Python 中，这里的 + 是一个可以做任何事情的任意函数，仅取决于调用它时有效的绑定(bind)。所以 a + b 可以有任意的副作用。

但情况比这更糟。即使这只是在执行标准整数 +，也会发生更多“不纯”的事情。

+ 正在创建一个新对象。现在，如果您确定只有调用者拥有对该新对象的引用，那么您可以将其视为一个纯函数。但是您不能确定，在该对象的创建过程中，没有泄漏对它的引用。

例如:

class RegisteredNumber(int):

    numbers = []

    def __new__(cls,*args,**kwargs):
        self = int.__new__(cls,*args,**kwargs)
        self.numbers.append(self)
        return self

    def __add__(self,other):
        return RegisteredNumber(super().__add__(other))

c = RegisteredNumber(1) + 2

print(RegisteredNumber.numbers)

这将表明假定的纯添加函数实际上已经更改了 RegisteredNumber 类的状态。这不是一个愚蠢的人为设计的例子:在我的生产代码库中，我们有类跟踪每个创建的实例，例如，允许通过 key 访问。

纯度的概念在 Python 中没有多大意义。