scala - 纯度，参照透明性和状态单价

Question

我目前正在设计一种数值算法，作为其运算的一部分，它需要多次更新doubles的向量。由于该算法必须尽可能地节省空间和时间，因此，我不想对传统类型的FP代码进行编码，该FP代码在每次对其进行操作后都会在后台创建许多版本的数据结构。我也不想创建可变的数据结构并使它们全局可用。因此，我决定使用可变数据结构，但随后选择在State monad中进行可变操作。由于这是我第一次使用State monad，因此我想确认是否有

保留参照透明性

保持功能纯净

update函数转换数据结构状态。由于破坏性更新位于此函数内，并且无法从外部获取数据结构的句柄，因此我认为此函数是纯函数且具有参照透明性。

def update(i : Int,d : Double) = State[ArraySeq[Double], Unit]{
  case xs: ArraySeq[Double] => {xs(i) = d; (xs, ())}
}

app函数是一个玩具函数，它将使用一系列 double并修改其状态:

def app : State[ArraySeq[Double], Unit] = for{
    _ <- update(0, 3.142)
  // do a heap of stuff on ArraySeq
}yield()

称呼:

app(Vector(0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0).to[ArraySeq])._1.to[Vector]

结果:

res0: Vector[Double] = Vector(3.142, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0)

Answer 1

我猜您可以说update本身是纯净的，就其意义而言，它仅表示某种突变，但是一旦运行，所有赌注都将关闭:

scala> val xs = List(1.0, 2.0, 3.0).to[ArraySeq]
xs: scala.collection.mutable.ArraySeq[Double] = ArraySeq(1.0, 2.0, 3.0)

scala> update(0, 10).eval(xs)
res0: scalaz.Id.Id[Unit] = ()

scala> xs
res1: scala.collection.mutable.ArraySeq[Double] = ArraySeq(10.0, 2.0, 3.0)

这是一个糟糕的场景，与纯透明或参照透明相反。

在您的示例中， State并没有真正为您买任何东西，事实上，您以一种拥有其他人无法变异的 app的方式调用 ArraySeq的事实。您不妨硬着头皮，以一种通常的方式在您控制的范围内使用可变数据结构，即，编写 app像这样:

def app(xs: Vector[Double]): Vector[Double] = {
  val arr = xs.to[ArraySeq]
  // Perform all your updates in the usual way
  arr.toVector
}

这实际上是纯净的，并且是参照透明的，但是比 State版本更诚实。如果我看到类型为 State[Foo, Unit]的值，则我的假设将是该值表示某种操作，该操作将 Foo更改为新的 Foo，而无需更改原始 Foo。这就是monad的全部状态-它提供了一种对不可变数据结构进行操作建模的好方法，并以一种看起来像变异的方式来构成它们。如果您将其与实际的变异混合在一起，则可能会使使用您的代码的人感到困惑。

如果您真的想同时获得真正的突变和纯度，可以查看Scalaz的 STArray。这是解决此问题的一个非常聪明的解决方案，在像Haskell这样的语言中，这是一种很有意义的方法。我自己的感觉是，这在Scala中几乎总是错误的解决方案。如果您确实需要可变数组的性能，请使用本地可变数组，并确保不要将其泄漏给外界。如果您不需要那种性能(大多数时候不需要)，请使用 State之类的东西。