有状态库顶部的无副作用界面

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在约翰·休斯（John Hughes）的采访中，他谈到了Erlang和Haskell，他对在Erlang中使用有状态的库有以下看法：

如果要使用有状态的库，通常会在其之上构建无副作用的接口，以便随后可以在其余代码中安全地使用它。

他是什么意思？我试图考虑一个例子，但是我的想象力和/或知识使我失望。

— 贝塔
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好吧，如果状态存在，它就不会消失。诀窍是创建一些可以跟踪依赖项的东西。Haskell的标准答案是“ monads”或更高级的“ arrows”。他们很难缠住你的头，我从来没有真正做到过，所以其他人将不得不尝试解释它们。

— Jan Hudec

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（我不认识Erlang，也不会写Haskell，但是我仍然可以回答）

好吧，在那次采访中，给出了一个随机数生成库的示例。这是一个可能的有状态接口：

# create a new RNG
var rng = RNG(seed)

# every time we call the next(ceil) method, we get a new random number
print rng.next(10)
print rng.next(10)
print rng.next(10)

输出可能是5 2 7。对于喜欢不变性的人来说，这是完全错误的！应该是5 5 5，因为我们在同一个对象上调用了方法。

那么无状态接口是什么呢？我们可以将随机数序列视为延迟计算的列表，next实际在其中检索头部：

let rng = RNG(seed)
let n : rng = rng in
  print n
  let n : rng = rng in
    print n
    let n : rng in
      print n

有了这样的界面，我们总是可以恢复到以前的状态。如果您的代码的两个引用相同的RNG，则它们实际上将获得相同的数字序列。在功能上，这是非常理想的。

以有状态的语言实现此操作并不复杂。例如：

import scala.util.Random
import scala.collection.immutable.LinearSeq

class StatelessRNG (private val statefulRNG: Random, bound: Int) extends LinearSeq[Int] {
  private lazy val next = (statefulRNG.nextInt(bound), new StatelessRNG(statefulRNG, bound))

  // the rest is just there to satisfy the LinearSeq trait
  override def head = next._1
  override def tail = next._2
  override def isEmpty = false
  override def apply(i: Int): Int = throw new UnsupportedOperationException()
  override def length = throw new UnsupportedOperationException()
}

// print out three nums
val rng = new StatelessRNG(new Random(), 10)
rng.take(3) foreach (n => println(n))

一旦添加了一些语法糖，使其看起来像一个列表，这实际上是非常不错的。

— 阿蒙
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对于第一个示例：rnd.next（10）每次生成不同的值与不变性的关系不像对函数的定义那样多：函数必须是一对一的。（不过+1，好东西）

— 史蒂文·埃弗斯

谢谢！那是一个非常好的，清晰的解释和例子。

— 2013年

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这里的关键概念是外部可变状态。没有外部可变状态的库是没有副作用的库。这样的库中的每个函数仅取决于传递给它的参数。

如果您的函数访问的不是它创建的任何资源（即作为参数），那么它取决于外部状态。
如果您的函数创建了一些不会传递给调用方（也不会销毁它）的东西，那么您的函数正在创建外部状态。
当上面的外部状态在不同时间可以具有不同的值时，则它是可变的。

我使用的方便的石蕊测试：

如果需要在功能B之前运行功能A，则A创建B所依赖的外部状态。
如果我正在编写的函数无法记忆，则取决于外部可变状态。（由于内存压力，记住可能不是一个好主意，但仍然可以实现）

— 史蒂文·埃弗斯（Steven Evers）
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