functional-programming - 纯函数式编程是否可能产生副作用

Question

我已经尝试了解函数式编程有一段时间了。我查阅了 lambda 演算、LISP、OCaml、F# 甚至组合逻辑，但我遇到的主要问题是 - 如何做需要副作用的事情，例如:

• 与用户互动，
• 与远程服务通信，或者
• 使用随机采样处理模拟

不违反纯函数式编程的基本前提，即对于给定的输入，输出是确定性的？

我希望我说得有道理；如果没有，我欢迎任何帮助我理解的尝试。提前致谢。

Answer 1

大多数现实世界的函数式编程在大多数意义上都不是“纯粹的”，所以你的问题的一半答案是“你通过放弃纯粹来做到这一点”。也就是说，有替代方案。

在纯粹的“最纯粹”意义上，整个程序代表一个或多个参数的单个函数，返回一个值。如果你眯起眼睛并稍微挥挥手，你可以声明所有用户输入都是函数“参数”的一部分，所有输出都是“返回值”的一部分，然后稍微捏造一些东西，这样它就只会做“按需”实际 I/O。

类似的观点是声明函数的输入是“外部世界的整个状态”，并且评估函数返回一个新的、修改过的“世界状态”。在这种情况下，程序中使用世界状态的任何函数显然都不再是“确定性”的，因为程序的两个评估不会具有完全相同的外部世界。

如果您想用纯 lambda 演算(或类似的语言，例如深奥的语言 Lazy K)编写交互式程序，从概念上讲，您就是这样做的。

用更实际的术语来说，问题归结为确保当输入用作函数的参数时 I/O 以正确的顺序发生。这个问题的“纯粹”解决方案的一般结构是函数组合。例如，假设您有三个执行 I/O 的函数，并且您希望按特定顺序调用它们。如果您执行类似 RunThreeFunctions(f1, f2, f3) 的操作，则无法确定它们的计算顺序。另一方面，如果您让每个函数采用另一个函数作为参数，你可以像这样链接它们:f1( f2( f3()))，在这种情况下，你知道 f3 将首先被评估，因为 f2 的评估 取决于它的值。 [编辑:另请参阅下面有关惰性评估与热切评估的评论。这很重要，因为惰性求值实际上在非常纯粹的上下文中很常见；例如，纯 lambda 演算中递归的标准实现在急切求值下是不会终止的。]

同样，要在 lambda 演算中编写交互式程序，您可能会这样做。如果您想要一些实际可用于编程的东西，您可能希望将函数组合部分与函数的概念结构结合起来，函数获取和返回代表世界状态的值，并创建一些高阶抽象来处理管道化“I/O 函数之间的“世界状态”值，理想情况下还保持包含“世界状态”以强制执行严格的线性 - 此时您几乎重新发明了 Haskell 的 IO Monad。

希望这不会让您更加困惑。