如何判断 F# 函数是否为纯函数？答案

【问题标题】：How to tell if an F# function is pure?如何判断 F# 函数是否为纯函数？
【发布时间】：2013-03-30 21:09:51
【问题描述】：

假设我有这两个 F# 函数：

let sq x = x*x

let tm = DateTime.Now

显然 sq 是纯的，因为它对于给定的输入总是返回相同的值，而 tm 是不纯的，因为每次调用它都会返回不同的值。

一般来说，有没有一种方法可以确定 F# 中的特定函数是纯函数还是不纯函数，而无需分析它的作用，换句话说，就是逐行读取它？

或者有没有办法在你写的时候给一个函数注解，告诉编译器这个函数是纯的还是不纯的？

最后，当调用一个属于公共语言运行时（例如 DateTime）的函数时，如何不尝试就判断它是纯的还是不纯的？

注意：“纯”是指来自维基百科的定义：http://en.wikipedia.org/wiki/Pure_function (permalink)

在计算机编程中，如果两个函数都可以描述为纯函数这些关于函数的陈述成立：

在给定相同参数的情况下，该函数始终计算相同的结果值值。函数结果值不能依赖于任何可能随着程序执行而改变的隐藏信息或状态进行或在程序的不同执行之间，也不能依赖于来自 I/O 设备的任何外部输入。

结果的评估不会导致任何语义上可观察的一面效果或输出，例如可变对象的突变或输出到 I/O 设备。

【问题讨论】：

当你说纯，你真的是指幂等吗？还是说没有副作用？
啊，所以维基百科说两者。很公平。 FWIW，我不认为 Microsoft 提供任何类型的注释或属性将功能标记为“纯......”你只需要知道。
这个问题stackoverflow.com/questions/4391524/… 值得一读。

标签： f# pure-function

【解决方案1】：

F# 没有提供任何功能和工具来检查方法是否纯，因此一个简单的答案是您必须自己检查此属性。

在 F# 之外，值得注意的是 Code Contracts 库有一个纯方法的概念（它们可以用 PureAttribute 标记），但我不完全确定那里的检查故事是什么。我认为 Code Contracts 带有分析 IL 的静态检查器（也应该适用于 F#），但这是一项相当艰巨的任务，所以我希望它非常有限。但是，PureAttribute 用于某些 BCL 方法，因此您可以看出某些标准 .NET 方法是纯的。

【讨论】：

PureAttribute 只是告诉代码契约该函数是纯函数的一种方式——不执行任何分析（运行时或静态）
不幸的是，代码合同 still doesn't 与 F# 一起使用。

【解决方案2】：

从技术上讲，您的 'tm' 值不是一个函数，而是 DateTime 类型的值，并且它是不可变的，因此每次在创建此值后评估它总是相同的。

【讨论】：

...为了进一步澄清，如果你说 let tm() = DateTime.Now （注意添加括号）你会强制它成为一个可能是你意图的函数。

【解决方案3】：

鉴于可以在 f# 中定义纯函数和非纯函数，如果有一种算法可以检查 f# 代码（函数定义）的纯度，我会感到非常惊讶——检查程序代码的语义属性通常是赖斯定理无法判定。

【讨论】：

Nim 和 Haxe 确实做到了这一点，并且在命令式和函数式编程中都深谙此道，所以这是可能的。
他们是在某些情况下还是在所有情况下都这样做？
Nim 在几周前添加了最后剩余的边缘案例覆盖范围。我不知道 Haxe。
线程启动器希望能够“确定 F# 中的特定函数是纯函数还是不纯函数”。据我了解，Nim 验证了一些纯函数实际上是纯函数。但是，我知道 threadstarter 需要一个过程，给定 any 函数决定手头的函数是否是纯函数。特别是，如果一个函数与一个全局可变变量交互但最终没有改变它，这个（取决于你对纯粹性的定义）应该被认为是一个纯函数——我仍然认为这是不可能的.
是的，这可能是真的。尽管如此，F# 不能做一个，也不能做另一个，并且评论说，这在某些支持命令式设计的语言中根本不可能，是不正确的。