过程语言和函数语言的区别？

Question

我最近在一次采访中被问到这个问题。我无法得到正确的答案。

当您在过程语言（如 C）和函数式语言（如 haskell）中重复调用具有相同参数的函数时，在哪种语言中您可能会得到不同的结果？我在 [this] (What is the difference between procedural programming and functional programming?) 上读到纯函数式语言总是会得到相同的答案。为什么函数式语言会这样，而过程式语言则不然？

Answer 1

纯函数式语言运行时，相同的输入总是产生相同的输出，纯函数没有副作用。但是，在过程性或非纯函数式语言（例如 C）中，可能会出现副作用，例如指针被修改，或其他外部因素（例如时间或文件 I/O）。甚至 Haskell 也可以进行文件 I/O。因此，如果带 I/O 的 Haskell 是一种纯函数式语言，那么 C and the cpp are purely functional, too。

以这个C程序为例：

#ifndef _BSD_SOURCE
#define _BSD_SOURCE
#endif

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>

int get_num(int n)
{
    usleep(1100000);
    return (time(NULL) - n) % (n / 10);
}

int main(void)
{
    int i;

    for (i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d\n", get_num(4242));

    return 0;
}

我们将输入的常量参数4242 传递给get_num。在任意数学之后，正是由于时间因素和睡眠，相同的输入在这种程序语言中不会产生相同的输出。

一次性运行，我们得到：

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255
256
257

稍后运行，我们得到：

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272
273
274
275
277
278
279
280

在大多数 C 语言中，副作用比比皆是。但是，在纯函数式语言中，这种副作用不会出现或不可能出现。

Answer 2

在命令式编程中，函数是允许有副作用的，比如修改变量的值、写入文件、访问网络等。第二次运行同一个函数，可以检测到之前的副作用并返回不同的东西。一个简单的 C 示例是：

int i = 0;
int foo() {
  return i++;
}

多次调用它会产生不同的数字。再举一个例子：

int foo(int *p) {
  return (*p)++;
}

即使你用相同的参数，即相同的指针调用上面的，结果也会因为增量而不同。

在纯函数式编程中，像i++ 这样的副作用在设计上是被禁止的。这样，函数的输出必须仅取决于其参数的值。例如。如果在 Haskell 中我们有一个 f 类型为 Int -> Int 的函数，我们可以确定 f 3 在每次调用时总是返回相同的整数。

嗯，以上内容并不完全正确——程序最终必须进行一些 I/O，否则将毫无意义。因此，必须以某种形式提供副作用。在 Haskell 中，实际上允许具有副作用的函数，但它们的类型必须表明这些不是纯函数。例如。如果函数g 的类型为Int -> IO Int，那么它可以执行I/O 并有副作用：运行print =<< g 3 可以每次打印不同的值，就像在命令式编程中一样。

因此，总而言之，在纯函数式编程中，具有副作用的函数与没有副作用的函数具有不同的类型。通常，在设计良好的函数式程序中，很少需要 I/O 和副作用，而纯函数构成了绝大多数代码。正因为如此，有时我们说“纯函数式编程禁止副作用”，因为大部分代码都是在这个约束下编写的。

Answer 3

为了进一步澄清，它并不是一种语言的属性。没有任何命令式语言会强迫您只编写具有副作用的过程。尽管没有明确支持，但也完全可以用纯函数式编写。

而在纯函数式语言中，根本没有允许您修改变量、访问全局可见存储等的语言结构。因此说纯 FP 语言“禁止" 不纯函数 - 相反，一开始就没有办法编写一个。请注意，即使是这样的功能：

printTwice x = do {putStrLn x; putStrLn x}

是不不纯的。应用 printTwice 会导致 IO 操作。您可以多次这样做，将结果放入列表或元组中并传递它们，这都是纯粹的。具体来说，两者没有区别：

 twoActions = (printTwice "hello", printTwice "hello")

和

 twoActions = (a,a) where a = printTwice "hello"