将代码转换为纯函数形式

Question

在某种意义上，任何命令式代码都可以通过让每个操作接收和传递“世界状态”参数来转换为纯函数形式。

但是，假设您有一些几乎是纯函数形式的代码，除了深埋了许多函数调用层之外，是一些修改全局或至少广泛访问的状态的命令式操作，例如调用随机数生成器、更新计数器、打印一些调试信息，然后您希望通过算法将其转换为纯函数形式，并且更改最少。

有没有一种方法可以做到这一点，而无需将整个程序彻底翻转？

Answer 1

这在技术上并不难。

如果您只想避免修改全局状态，例如，使代码可重入，那么对于读取 X、写入全局变量 Y 的任何副作用函数 F， 并返回 Z，将其转换为读取 X 的 F'，修改包含传递给它的 Y 的结构，并返回 Z。如果 A 调用 B 调用 .. 传递调用 F， F 修改全局 Y，然后 A' 必须构建对包含 Y 的结构的引用并将其传递给 B。现在您的所有函数只修改传递给它们的值；它们对全局状态没有副作用。 （好吧，我们可以争论 A' 做了什么）。

[有人可能会抱怨 F 完成的（文件/屏幕/设备）输出无法处理。好吧，要么你想要对世界产生直接的副作用，要么你不想要。如果不这样做，请将输出的“状态”添加为 Y，然后对其进行修改； A' 可以作为结果返回所需的输出。]

如果你坚持让程序函数式，那么 F 对全局 Y 的任何副作用都已更改为将 Y 传入，复制 Y 同时将其更改为生成 Y'，然后是 F'必须返回一对。 F 的调用者必须传入 Y，并在调用站点可访问的所有代码中使用生成的 Y'。

关于复制的问题会让你陷入真正的麻烦：在哪里找到对 Y 进行深度复制的逻辑？如果你找到它，你可能会发现深拷贝会产生巨大的结构，你的存储需求很快就会变得不可能。现在你需要找到一种方法让 Y' 共享 Y 中没有改变的部分。

现在，如果您想在大代码上执行这些任务中的任何一个，您可能不想手动完成；人们不擅长处理这种细节，他们想作弊/重写/...如果你真的想这样做，你想要一个source-to-source program transformation system，它可以机械地应用必要的步骤。

我会注意到标准编译技术将程序转换为所谓的“静态单一分配 (SSA)”形式，该形式将 IR 中表示的尽可能多的程序转换为功能程序，因为它更容易转换/优化。他们仍然担心全局存储。