純函數式程式設計
在電腦科學中，純函數式編程通常指示一種程式設計範式，這是建造電腦程式的結構和元素的一種風格，就是將所有計算都當作數學函式的求值（evaluation）。純函數式程式設計還可以定義為禁用狀態變更和可變資料。
純與非純的區別
編輯在純與非純函數式程式設計之間的確切區別是有爭議的事情[1]。
當一個程式使用了某些函數式程式設計概念的時候， 比如頭等函式和高階函式，它通常就被稱為是函數式的[2]。但是，頭等函式不必然是純函數式的，由於它可以使用來自指令式範式的技術，比如陣列或輸入/輸出方法，故而它們不是純函式程式。事實上，最早被引證為函數式的程式語言，IPL和LISP[3][4]，按照當前定義都是非純函數式語言。
純函數式資料結構必然是永續性資料結構。永續性是函數式程式設計所要求的，如果沒有它，相同的計算就可能返回不同的結果。函數式程式設計可以使用非純函數式的永續性資料結構，比如永續性陣列，而這些資料結構不可以用在純函數式程式中。
純粹採用函數式程式設計的基礎部件（如map、reduce、filter等），進行回應式編程（非同步資料流程編程）的程式設計範式，被稱為函數式回應式編程。
純函數式程式設計的性質
編輯單賦值
編輯任何改變現存值的賦值（比如x := x + 1），在純函數式程式設計中都是不允許的[5]。在現今的函數式程式設計中，賦值是被勸阻的，用以支援也叫做「初始化」的單賦值。單賦值是名字繫結的用例，不同於本文其他部分描述的賦值之處在於，它只能做一次，通常是在變數被建立的時候，不允許後續的重新賦值。純函數式程式設計共通於資料流程編程的這個特徵，簡化了平行計算[6]，因為求值的兩個部份如果都是純函數式的就會永不互動。
參照透明性
編輯如果將一個表達式替代為它的值只在程式執行的特定點上是有效的，則這個表達式不是參照透明性的。這些順序點的定義和次序是指令式編程的理論基礎。參照透明性的表達式可以在任何時間求值，既不需要定義順序點也根本不需要對求值次序的任何保證，不需要做這些考慮的編程叫做純函數式程式設計。
寫參照透明性風格的代碼的好處是能得到智慧型編譯器，易於靜態代碼分析，和自動進行更好的代碼最佳化。強制參照透明性的語言的主要缺點是，使得表達天然適合指令式編程的步驟序列的運算，更加蠢笨和更不簡潔。這些語言通常結合某種機制，使得這些任務更加容易而又保持語言的純函數式性質，比如明確子句文法和單子。
參照透明性要求表達式是純函式的，也就是表達式的值對於相同的輸入也必須是相同的，它的求值不能有副作用。在現今的函數式程式設計中，很少使用副作用。缺少副作用導致程式易於形式驗證。函數式語言比如Standard ML、Scheme和Scala不限制副作用，但是編程者會習慣性的避免使用它們[7]。函數式語言Haskell使用單子行動來表達副作用，比如輸入/輸出和其他有狀態的計算[8][9]。
資料結構
編輯純函數式資料結構，是可以用純函數式語言如Haskell實現的資料結構。實際上，這意味著建造這種資料結構，必須只使用永續性資料類型比如元組、和類型、積類型，和基本類型如整數、字元、字串。純函數式資料類型，同它們的指令式對應者相比，經常以不同的方式表現[10]。例如，具有以恆定時間來訪問和更新的陣列，是多數指令式語言的基本構件，而且很多指令式資料結構，比如雜湊表和二元堆積，也是基於陣列的。陣列可以被替代為對映或隨機訪問列表，它容許純函數式實現，但是訪問和更新時間複雜度是對數。因此，純函數式資料結構可以用在非純函數式語言中，但是它們可能不是能得到的最有效率的工具，特別是不要求永續性的情況下。
一般而言，把一個指令式程式轉換成純函數式程式，還需要確保原先可變的那些資料結構，變為顯式的傳遞給並返回自更新它們的函式，這是叫做儲存傳遞風格的一種程式結構。
求值策略
編輯每種求值策略對當純函數式程式設計時都返回相同的結果。特別是，它確保編程者不需要考慮程式是按什麼次序求值的，因為及早求值（嚴格求值）將返回同惰性求值（非嚴格求值）相同的結果。但是，仍有可能一個及早求值可以不終止，而相同程式的惰性求值會停機。純函數式的好處是惰性求值是可以被更容易的實現，因為所有表達式在任何時刻都返回同樣的結果，不用管程式的狀態，它們的求值可以隨著需要而推延。
純函數式語言
編輯純函數式語言是只認可純函式編程的語言。但是純函數式程式可以用非純函數式的語言寫成。純函數式語言主要有：
參見
編輯參照
編輯- ^ Sabry, Amr. What is Purely Functional Language ?. Journal of Functional Programming. January 1993, 8 (1): 1–22. doi:10.1017/S0956796897002943.
- ^ Atencio, Luis. Functional Programming in Javascript. Manning Publications. 18 June 2016. ISBN 978-1617292828.
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- ^ McCarthy, John. History of Lisp. In ACM SIGPLAN History of Programming Languages Conference. June 1978: 217–223 [2020-04-24]. doi:10.1145/800025.808387. （原始內容存檔於2008-06-07）.
- ^ Crossing borders: Explore functional programming with Haskell 網際網路檔案館的存檔，存檔日期November 19, 2010，., by Bruce Tate
- ^ Marlow, Simon. Parallel and Concurrent Programming in Haskell: Techniques for Multicore and Multithreaded Programming. O'Reilly Media. 18 June 2013. ISBN 978-1449335946.
- ^ Matthias Felleisen et al., How To Design Programs, MIT Press. [2021-02-07]. （原始內容存檔於2021-05-02）.
- ^ Haskell 98 report, http://www.haskell.org （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
- ^ Imperative Functional Programming, Simon Peyton Jones and Phil Wadler, Conference Record of the 20th Annual ACM Symposium on Principles of Programming Languages, pages 71–84, 1993
- ^ Purely functional data structures （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） by Chris Okasaki, Cambridge University Press, 1998, ISBN 0-521-66350-4