一个 Kotlin 开发，对于纯函数的思考
输入“/”快速插入
一个 Kotlin 开发，对于纯函数的思考
飞书用户72412023年12月2日创建
什么是纯函数？
纯函数是数学上的一种理想状态，即相同的输入永远会得到相同的输出，而且没有任何可观察的副作用
在数学上函数的定义为
•
It must work for every possible input value
•
And it has only one relationship for each input value
即每个在值域内的输入都能得到唯一的输出，它只可能是多对一而不是一对多的关系：
副作用
Wikipedia Side Effect: In computer science, an operation, function or expression is said to have a side effect if it modifies some state variable value(s) outside its local environment, which is to say if it has any observable effect other than its primary effect of returning a value to the invoker of the operation. Example side effects include modifying a non-local variable, modifying a static local variable, modifying a mutable argument passed by reference, performing I/O or calling other functions with side-effects. In the presence of side effects, a program's behaviour may depend on history; that is, the order of evaluation matters. Understanding and debugging a function with side effects requires knowledge about the context and its possible histories.
副作用的形式很多样，一切影响到外部状态、或依赖于外部状态的行为都可以称为副作用。副作用是必须的，因为程序总是不可避免的要与外界交互，如：
更改外部文件、数据库读写、用户 UI 交互、访问其他具有副作用的函数、修改外部变量
这些都可以被视为副作用，而在函数式编程中我们往往希望使副作用最小化，尽量避免副作用，对应的纯函数则是希望彻底消除副作用，因为副作用让纯函数变得不“纯”，只要一个函数还需要依赖外部状态，那么这个函数就无法始终保持同样的输入得到同样的输出。
好处是什么？
You wanted a banana but what you got was a gorilla holding the banana and the entire jungle. — Joe Armstrong, creator of Erlang progamming
•
可缓存性，由于唯一的输入代表唯一的输出，那么这意味着我们可以在输入不变的情况下直接返回运算过的结果。
•
高度并行，由于纯函数不依赖外部状态，因此即便在多线程情况下外部怎么变动，纯函数始终能够返回预期的值，纯函数能够达到真正的无锁编程，高度并发。
•
高度可测性，不需要依赖外部状态，传统的 OOP 测试我们都需要模拟一个真实的环境，比如在 Android 中将 Application 模拟出来，在执行完之后断言状态的改变。而纯函数只需要模拟输入，断言输入，这是如此的简单优雅。
•
依赖清晰，面相对象编程总需要你将整个环境初始化出来，然后函数再依赖这些状态修改状态，函数往往伴随着大量外部的隐式依赖，而纯函数只依赖输入参数，仅此而已，也仅提供返回值。
更进一步
传统大学老师教的都是 OOP，所以大多数人最开始也不会去学习纯函数的思路，但纯函数是完全不一样的一套编程思路，下面是一个纯函数中实现循环的例子，传统的循环往往是这样的：
int sum(int[] array) {
int sum = 0;
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
sum += array[i];
}
return sum;
}
尽管大多数语言也会提供 for...in 之类的语法，如 kotlin：
fun sum(array: IntArray): Int {
var sum = 0
for (i in array) {
sum += i
}
return sum
}
但我们注意到，在上面的例子中均引入了两个可变的变量，sum 和 i，站在 sum += i 的视角，它的外部依赖：i 是一个外部的可变状态，因此这个函数并不“纯”。
但另一方面来说，从整体函数对外的视角来看，其还是很“纯”的，因为对于传入的外部 array，始终有唯一的 int 返回值，那么我们追求完全的“纯”，完全不使用可变量的目的是什么呢？
在纯函数下要实现完全消灭不可变变量，我们可以这么做：
tailrec fun sum(array: IntArray, current: Int = 0, index: Int = 0): Int {
if (index < 0 || index >= array.size) return current
return sum(array, current + array[index], index + 1)
}