纯函数

Scala 为帮助你编写函数代码提供的另一项功能是编写纯函数的能力。纯函数可以这样定义

• 如果给定相同的输入 x，函数 f 是纯函数，那么它始终返回相同的输出 f(x)
• 该函数的输出仅取决于其输入变量及其实现
• 它仅计算输出，而不修改其周围的世界

这意味着

• 它不修改其输入参数
• 它不会改变任何隐藏状态
• 它没有任何“后门”：它不会从外部世界（包括控制台、网络服务、数据库、文件等）读取数据，也不会向外部世界写入数据

根据此定义，任何时候你使用相同输入值调用纯函数，你都将始终获得相同的结果。例如，你可以使用输入值 2 无限次调用 double 函数，你将始终获得结果 4。

纯函数示例

根据该定义，你可以想象，scala.math._ 包中的以下方法是纯函数

• abs
• ceil
• max

这些 String 方法也是纯函数

• isEmpty
• length
• substring

Scala 集合类上的大多数方法也作为纯函数工作，包括 drop、filter、map 以及更多。

在 Scala 中，函数和方法几乎完全可以互换，因此即使我们使用通用行业术语“纯函数”，此术语也可以用来描述函数和方法。如果您有兴趣了解如何将方法用作函数，请参阅 Eta 扩展 讨论。

不纯函数的示例

相反，以下函数是不纯的，因为它们违反了定义。

• println – 与控制台、文件、数据库、Web 服务、传感器等交互的方法都是不纯的。
• currentTimeMillis – 与日期和时间相关的函数都是不纯的，因为它们的输出取决于其输入参数之外的其他内容
• sys.error – 抛出异常的方法是不纯的，因为它们不会简单地返回结果

不纯函数通常会执行以下一项或多项操作

• 从隐藏状态读取，即它们访问未明确作为输入参数传递给函数的变量和数据
• 写入隐藏状态
• 改变它们给定的参数，或改变隐藏变量，例如它们包含的类中的字段
• 与外部世界执行某种 I/O

通常，您应该注意返回类型为 Unit 的函数。由于这些函数不返回任何内容，因此从逻辑上讲，您调用它的唯一原因是实现某种副作用。因此，通常这些函数的使用是不纯的。

但需要不纯函数 …

当然，如果应用程序无法读写外部世界，那么它就没有什么用处，所以人们提出了这个建议

使用纯函数编写应用程序的核心，然后围绕该核心编写一个不纯的“包装器”以与外部世界进行交互。正如某人曾经说过的，这就像在纯蛋糕上放一层不纯的糖衣。

需要注意的是，有一些方法可以使与外部世界的交互不那么纯。例如，您会听说使用 IO 单子来处理输入和输出。这些主题超出了本文档的范围，因此为了简单起见，可以认为 FP 应用程序有一个纯函数的核心，这些函数用其他函数包装起来以与外部世界进行交互。

编写纯函数

注意：在本节中，常见的行业术语“纯函数”通常用于指代 Scala 方法。

要在 Scala 中编写纯函数，只需使用 Scala 的方法语法编写它们（虽然您也可以使用 Scala 的函数语法）。例如，这是一个将给定的输入值加倍的纯函数

def double(i: Int): Int = i * 2

如果您熟悉递归，这里有一个计算整数列表总和的纯函数

def sum(xs: List[Int]): Int = xs match {
  case Nil => 0
  case head :: tail => head + sum(tail)
}

def sum(xs: List[Int]): Int = xs match
  case Nil => 0
  case head :: tail => head + sum(tail)

如果您理解该代码，您会看到它符合纯函数定义。

要点

本节的第一个要点是纯函数的定义

纯函数 是一个只依赖于其声明的输入和实现来生成其输出的函数。它只计算其输出，并且不依赖或修改外部世界。

第二个要点是，每个现实世界的应用程序都与外部世界进行交互。因此，考虑函数式程序的一种简化方法是，它们由一个纯函数核心组成，该核心用与外部世界交互的其他函数包装起来。