函数式编程中的副作用概念

前言

为了清楚起见，请记住，副作用不是必需的坏事，有时副作用是有用的（尤其是在函数式编程范式之外）。

今天聊一聊函数式编程中的隔离思想，它所想隔离的就是“副作用”

我们先从其他角度来聊一聊副作用这个概念。

生活中的副作用

如果我听到副作用这个词后，第一反应是吃药。

老话说是药三分毒，其中三分毒则为副作用。就比如你感冒了，吃了一些西方某些国家研制的专利药品，然后感冒好了，但是感冒好了之后发现自己秃顶了。

那么可以说秃顶就是这个感冒药的副作用。

我们来捋一下这个逻辑

感冒好没好？

答：好了这药算不算感冒药？

答：算感冒药不吃这个药的话感冒就不会好，吃不吃？

答：吃副作用可不可以忍受？

答：至少本来就没头发可以忍上面的副作用有些夸大其词了，但是药物一般来说都会有一些副作用。

那么话说回来，程序中呢？

程序的副作用是什么

在I/O模型中，我们希望在在I到O之间只有计算，如果中间包含且不仅包含触发了其他I/O、与此次I -> O计算并不相关的任何事情，都称为副作用。

为什么称之为副作用这样的词语呢，“副作用”这个单词给人第一感觉是糟糕的，从而想让你警惕起来。如果在I/O之间发生了一些我们不知道的副作用，那么我们将无法控制住这个过程，测试过程也会变得非常复杂。

可以想像，如果在I/O之间如果要访问数据库，则必须确保数据库正在运行。如果要写入文件，则必须确保该文件存在并已打开。所以会导致执行过程和测试过程变得很复杂，并不是单一的点对点。

写到这里让我不禁想起了PromiseA+规范的测试用例，官方提供了872种测试用例，你所实现的Promise必须全部通过872种测试用例才符合官方规范。

无副作用的优势

如果一个I/O模型之间没有副作用的话会有什么样的优势呢？我们参照最开始生活角度的那个例子。

如果感冒药换成某东方国家生产的无副作用的药品，在我们感冒的时候，吃感冒药，感冒好了。过程中无任何副作用的产生，不会秃顶。

那么我们就可以放心的在感冒的情况下吃这种药品，而不用考虑其他情况。这就是一个纯的I/O模型。

在编程中，我们声明了一个函数double，如下

在每次输入x = 3的情况下，double返回恒等与6。它不依赖于我们传递它的参数之外的任何东西。

可以想像，在我们调用double的时候，地球上发生着各种各样的事情，如果在调用的瞬间，天上出现了奥特曼，double依然输出6。在固定输入的情况下它是永恒的。

当你写下这个函数之后，你的余生都可以放心使用它，无论上下文如何，它将永久有效。

永恒的东西变化的频率较低，测试起来更加容易，调试起来更加容易。这就是为什么现在很多编程语言都倾向于无副作用。

函数式编程中的副作用概念

如果函数有副作用，我们将其称为过程

函数式编程是基于没有副作用的这样一个简单的前提。在这种范例中，副作用是被排斥的。

如果函数有副作用，我们将其称为过程，或者命令式。因此函数没有副作用。我们认为，如果函数修改了可变数据结构或变量，使用I/O，引发异常或中止错误，则将产生副作用。所有这些东西都被认为是副作用。

副作用之所以不好，是因为（如果有）副作用，取决于系统状态，功能可能是不可预测的。当一个函数没有副作用时，我们可以随时执行它，在给定相同的输入的情况下，它将始终返回相同的结果。

但是要声明一点，函数式编程并不是不需要副作用，只是在需要时限制它们。

需要有副作用，因为没有它们，我们的程序将只能进行计算。

我们经常必须写数据库，与外部系统集成或写文件。与外界通过接口的形式交互才能将我们的计算展示出去。所以很多倾向无副作用的语言的中心细想是把“作用”与“副作用”分离开来处理。

下面我们通过一些特性来看一下。

参照透明

对于同一输入总是返回相同结果的函数称为纯函数。因此，纯函数是没有可观察到的副作用的函数，如果函数有任何副作用，即使我们使用相同的参数调用它，也可能返回不同的结果。所以我们可以将纯函数替换为其计算值，例如：

如果我们输入x = 2， y = 2，那么我们可以得到 4 = sum(2, 2)。

那么sum为纯函数吗？很显然是的，如果我们恒定传入x = 2， y = 2。那么sum将恒定输出4.

那么意味着 f(2, 2) 可以替换为4，比如 Math.floor(sum(2, 2)) 替换之后 Math.floor(4)，是一致的。

它就像一个很大的查询表。我们可以这样做是因为它没有任何副作用。用其计算值替换表达式的能力称为参照透明性。

引用透明很重要，因为它允许我们用值替换表达式。此属性使我们能够使用替换模型来思考和推理程序评估。因此，可以说可以用值替换的表达式是确定性的，因为它们始终为给定的输入返回相同的值。

局部副作用

在讲局部副作用之前，我们先来举一个非局部副作用的典型例子。

上述的factorial函数有副作用吗？

答：很显然是有的。函数内部与外界产生了可见的交互，外界result值在函数内部被修改了。而且第一次调用factorial(2) 返回值为 3，第二次调用返回值为6。对于统一输入不能总返回同一结果。这种副作用是被函数式编程思想所排斥的，与外界的交互使得factorial具有不确定性。

接下来我们看一下另一个例子

那么问题来了，这次factorial有副作用吗？

答：有副作用，因为for每次执行的时候都会改变factorial的返回值，result在不断改变。

但是即使这样，factorial(2) 也可以用一个值代替，如果把factorial看作一个黑盒子，从外部我们是看不到副作用的。每次的输入x = 2,总会有固定的返回值3。

换句话说，该函数是具有确定性的，我们说的功能有局部副作用，但此功能的用户并不关心，因为它没有破坏我们的替代模式。因此，即使具有局部副作用，该函数也是纯净的。这也是上面为什么说“产生了可见的交互”，很显然这句话就是这么严谨，如果见不到，依然是纯的。

在函数式编程开发中，可以用一些技巧，比如利用容器，把一些副作用控制在局部以达到纯的目的。

举一些副作用的典型例子

想了想还是在这里立举一些典型有副作用的例子，通过例子可以更好的理解这种思想。

1、与外界交互的。

2、调用I/O的

3、从函数范围之外检索值

4、磁盘检索

5、抛出异常

函数式编程中的副作用概念相关推荐

函数式编程中的重要概念
函数式编程中的重要概念函数式编程范式的意义函数类型与高阶函数部分函数柯里化闭包递归记忆化原文地址函数式编程范式的意义在众多的编程范式中,大多数开发人员比较熟悉的是面向对象编程范式. ...
函数式编程中的两个棘手问题
作者 | Matthew Butterick 译者 | 弯月出品 | CSDN(ID:CSDNnews) 大约从十年前,我开始使用Lisp编程语言,后来我喜欢上了函数式编程.每当使用非Lisp语言 ...
如何在函数式编程中存在时间函数？
本文翻译自:How can a time function exist in functional programming? I've to admit that I don't know much ...
函数式编程中的组合子
函数式编程是一个比较大的话题,里面的知识体系非常的丰富,在这里我并不想讲的特别的详细.为了应对实际中的应用,我们讲一下函数式编程中最为实用的应用方式--组合子.组合子本身是一种高阶函数,他的特点就是将 ...
函数式编程中的战斗机（二）　－－运用elm语言ＭＵＶ设计模式做一个简单的应用实例
@函数式编程中的战斗机(二) -运用elm语言MUV设计模式做一个简单的应用实例 1 elm语言设计模式的特点 1.1 面向对象设计模式的特点每种编程语言都有其独特的语法和优缺点,从而导致与众不同的 ...
简单介绍函数式编程中的Functor(函子)，Applicative(加强版函子)，Monad(单子)
原文地址:http://skaka.me/blog/2015/12/19/functor-applicative-monad-scala-haskell/ 如果你是刚接触函数式编程,可能很容易被下面这 ...
socket编程中常见的概念问题！
socket编程一般指的就是网络编程,常见的服务端和客户机都是必不可少的,今天小千就来给大家介绍一下socket编程中常见的概念问题. 一.常见传输协议 1.tcp协议 TCP (Transmissi ...
Python函数式编程中map()、reduce()和filter()函数的用法
Python中map().reduce()和filter()三个函数均是应用于序列的内置函数,分别对序列进行遍历.递归计算以及过滤操作.这三个内置函数在实际使用过程中常常和"行内函数&quo ...
多角度让你彻底明白yield语法糖的用法和原理及在C#函数式编程中的作用
如果大家读过dapper源码,你会发现这内部有很多方法都用到了yield关键词,那yield到底是用来干嘛的,能不能拿掉,拿掉与不拿掉有多大的差别,首先上一段dapper中精简后的Query方法,先让 ...

函数式编程中的副作用概念

程序的副作用是什么

无副作用的优势

函数式编程中的副作用概念

参照透明

局部副作用

1、与外界交互的。

2、调用I/O的

3、从函数范围之外检索值

4、磁盘检索

5、抛出异常

函数式编程中的副作用概念相关推荐

最新文章

热门文章