我对可变类的“引用透明度”的理解是否正确？答案

【问题标题】：Is my understanding of "referential transparency" with mutable classes correct?我对可变类的“引用透明度”的理解是否正确？
【发布时间】：2014-11-20 05:59:19
【问题描述】：

从《scala中的函数式编程》一书中，我看到了一个表达式的“引用透明”的定义：

如果对于所有程序 p，表达式 e 是引用透明的，如果 p 中所有出现的 e 都可以替换为 e 的计算结果而不影响 p 的含义。

我有一些代码示例，我不确定它们是否具有引用透明性。

我将在示例中使用scala.collection.mutable.StringBuilder，它是一个可变类

val x = new StringBuilder("Hello")

println(x.length)
println(x.length)

假设这里的代码是使用x的完整且完整的代码。

我可以说表达式x 是一个引用透明表达式吗？

如果我将所有x 的值更改为new StringBuilder("Hello")，则程序的可观察行为不会改变：

val x = new StringBuilder("Hello")

println(new StringBuilder("Hello").length)
println(new StringBuilder("Hello").length)

val x = new StringBuilder("Hello")
val y = x.append("aaa")

假设这里的代码是使用x和y的完整且完整的代码。

我可以说y 是引用透明的，因为它根本没有在程序中使用吗？

def getTheClassName(n:Int):String = {
  val x = new StringBuilder("hello")
  for(int i=0;i<n;i++) {
    x.append("world")
  }
  return x.getClass.getName
}

我可以说x 是引用透明的吗？因为无论我如何用它的值替换它，返回值都不会改变。

PS：可能主要问题是我不明白for all programs p是什么意思，是指现有的完整代码吗？或者任何可能添加的代码？

【问题讨论】：

标签： scala functional-programming referential-transparency

【解决方案1】：

这意味着对于任何可能的程序p，您可以编写包含该表达式。正确地，这应该根据一种语言或一组可能的程序来定义。所以你的x 是引用透明的在你编写的唯一有效程序的语言中。您的 y 在 Scala 的子集中是引用透明的，您不能在 StringBuilder 上调用 .append。但这些并不是特别有趣的语言。

大多数时候，当人们谈论“引用透明”的表达式时，他们（隐含地）指的是 Scalazzi safe subset of Scala 之类的东西，这对于表达（所有？）有用的 Scala 程序来说足够通用，但是足够安全，可以推理。因为当然，如果你被允许打电话，例如System.identityHashCode()，大多数据称“引用透明”的表达式实际上并非如此。

当然，最重要的定义是操作性的；什么是“参照透明”最终取决于你想用它做什么。一个重要的用例是编译器/库优化：我们不希望编译器执行您在示例 1 中给出的替换，因为对于大多数程序来说，这种“优化”会改变程序的含义。但是我们很高兴编译器通过内联不可变常量来优化我们的程序，因为我们的程序“不应该”依赖于特定常量的 identityHashCode 是什么。

【讨论】：

【解决方案2】：

据我了解，表达式“e”是引用透明的，它是否对所有可能的程序“p”都是引用透明的。

对于具体程序“p”可以是“类引用透明”，但如果你可以编写另一个违反“替换规则”的程序“px”，则表示表达式不是引用透明的。

  import scala.collection.mutable

  val b = new mutable.StringBuilder("Hello")
  def e = b.length

  def p0 = {
    val l1 = e
    val l2 = e
    l1 + l2
  }

  def p1 = {
    val l1 = e
    b.append("World")
    val l2 = e
    l1 + l2
  }

有可能构建程序 'p' 会违反“p 中的 e 可以被评估 e 的结果替换”——这意味着 'e' 不是引用透明的。使用可变状态，构建这个程序非常容易。

在 p0 中我们可以说 e 是参照透明的，但 p1 很容易破坏它。

【讨论】：