纯方法必须是静态的吗？

Question

我目前正在阅读一本教科书，该教科书将纯方法定义为：

“一个静态方法，只依赖于它的参数而不依赖其他数据”

实例方法不可能是纯方法而不是静态的（只要它不修改参数并且没有像打印这样的“副作用”）？

我知道纯方法是纯方法，返回值仅取决于参数而不取决于任何其他状态，因此调用实例方法的方式可能意味着从调用方法的对象中获取的变量不' t 算作参数，但算作另一个“状态”？

除此之外，我想不出非静态方法不能成为纯方法的任何原因。

这是一个例子：

public class Rational {

    private int numer;
    private int denom;

    public Rational() {
        this.numer = 0;
        this.denom = 1;
    }

    public Rational(int numer, int denom) {
        this.numer = numer;
        this.denom = denom;
    }
}

上面定义了一个Rational类

然后您可以在Rational 类中编写一个方法，该方法通过下面的“方法一”或“方法二”将Rational 对象作为double 返回。

方法一：

public double toDouble() {
    double x = this.numer;
    double y = this.denom;
    double fprat = x / y;
    return fprat;
}   

方法二：

public static double toDouble(Rational rational)
{
    double x = rational.numer;
    double y = rational.denom;
    double fprat = x / y;
    return fprat;
} 

它们本质上做的事情完全相同，但一个是静态方法，另一个是实例方法，因此它们的调用格式不同。方法二当然是纯方法，但是在这种情况下，非静态的方法一也可以定义为纯方法吗？

Answer 1

“纯”的基本意思是“只依赖于它的论点，没有副作用”。

静态方法不必是纯的，因为它可能会访问静态数据结构。同样，实例方法可能是纯的，因为它不访问任何实例变量。

所以“静态”和“实例”的概念与“纯”的概念没有直接关系。

Answer 2

纯方法也可能是静态的。纯方法的两个标准是，according to Wikipedia:

1. 该函数总是计算相同的结果值给定相同的 参数值。 函数结果值不能依赖于任何 隐藏信息或在程序执行时可能会改变的状态 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。

2. 结果的评估不会导致任何语义上可观察的 副作用或输出，例如可变对象或输出的突变 到 I/O 设备。

（强调我的）

这没有理由不能应用于非静态方法。将方法设为静态将为调用者提供更强的保证，即没有使用任何实例状态，因此将其设为静态可能会更好。

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根据您的观点，可以将实例方法简单地视为一个带有额外隐式参数的函数：实例本身。通过这种方式，非静态方法可以依赖于实例状态并被视为纯方法，前提是它不依赖任何外部状态（单例等）或产生副作用。 Robert's answer puts it nicely。这取决于解释，但我个人认为这样的方法是纯粹的。

Voo 把它放在 cmets 中很好：

为什么隐藏的 this 指针应该被认为比 函数的任何其他参数？该论点导致 矛盾：假设
public static int pureFunc(MyInstance self) 是纯的，显然同构
public int pureFunc() 将是纯的 好吧。

Answer 3

该定义的“静态”部分是多余的。 static 的方法不能保证它不依赖任何其他状态。我怀疑定义只是想确保该方法不使用实例变量。

另一方面，从技术上讲，您也可以将实例方法视为具有第零个参数的静态方法，即对象本身。如果该对象是不可变的（或者该方法不会改变对象中的任何内容），您可能会争辩说该方法仍然是纯的。基本上您将“对象”视为附加参数。

例如，Java 中的Method references 可以这样做，使第一个参数成为调用方法的对象本身。

Answer 4

这个方法：

public int add(int a, int b) {
   return a + b;
}

不是静态的，但它的返回值不依赖于除了参数之外的任何东西。但正因为如此，add 根本不需要是实例方法！

我认为这就是您的教科书所要达到的 - 不访问状态或改变状态的实例方法也可能是静态的。

实例方法应该依赖于对象的状态，否则它应该是一个静态方法。不依赖于静态的静态方法是纯粹的。

Answer 5

从概念上讲，静态方法和实例方法的唯一区别是实例方法有一个隐藏参数，可通过this 关键字访问。

因此，如果不改变 this 的实例方法符合纯静态方法的条件，那么它就是纯方法。

这里的问题可能与static 阻止的虚拟调度有关。基类方法可能是纯的，而派生类方法可能是不纯的，而它们在 Java 类型系统中的契约是相等的。

Answer 6

不能保证static 方法是pure。从技术上讲，静态方法可以具有静态状态。 这就是为什么你的假设

"一个只依赖于它的参数而不依赖其他数据的静态方法"

不是真的。

编辑 在Bergi评论后

正如我之前所说，static 关键字并不能保证无状态。 如果您在引用中省略了 static 关键字，它仍然是正确的。

所以回答你的问题。纯方法必须是静态的吗？答案是视情况而定。

将纯函数设为静态有好处，即：

• 这是一种自检，可确保您不会（意外）更改班级中的状态；

• 无法覆盖该方法。这保证了该方法将来不会改变状态。

但另一方面，模拟静态方法很困难，并且在测试过程中可能会出现问题。