真正理解程序和function之间的区别

我真的很难理解程序和函数编程范例之间的区别。

以下是维基百科关于函数式编程的前两段：

在计算机科学中，函数式编程是一种将计算看作是math函数的评估并避免状态和可变数据的编程范例。 它强调function的应用，与强调状态变化的命令式编程风格形成鲜明对比。 函数式编程的根源在于lambda演算，这是20世纪30年代为了研究函数定义，函数应用和recursion而开发的一个正式系统。 许多函数式编程语言可以被看作是lambda演算的详细描述。

在实践中，math函数与命令式编程中使用的“函数”概念之间的区别在于，命令式函数会产生副作用，从而改变程序状态的值。 正因为如此，它们缺乏参考透明性，即相同的语言expression式可能会在不同的时间导致不同的值，这取决于正在执行的程序的状态。 相反，在函数代码中，函数的输出值只依赖于input到函数的参数，所以用参数x的相同值调用函数f两次将产生相同的结果f(x) 。 消除副作用可以使得更容易理解和预测程序的行为，这是函数式编程发展的关键动机之一。

在第2段中说的

相反，在函数代码中，函数的输出值只依赖于input到函数的参数，所以用参数x的相同值调用函数f两次将产生相同的结果f(x) 。

对程序devise来说，这不是一回事吗？

在程序和function方面，应该看到什么呢？

函数式编程

函数式编程是指将函数作为值来处理的能力。

我们来看一个类似于“常规”的值。 我们可以取两个整数值，并使用+运算符来组合它们以获得一个新的整数。 或者我们可以用一个浮点数乘一个整数来得到一个浮点数。

在函数式编程中，我们可以将两个函数值结合起来，使用合成或提升等运算符产生一个新的函数值。 或者我们可以结合一个函数值和一个数据值来使用map或fold等运算符产生一个新的数据值。

请注意，许多语言都具有函数式编程能力 – 即使是通常不被认为是函数式语言的语言。 即使祖父FORTRAN也支持函数值，尽pipe它没有提供很多function合并操作符。 对于被称为“function性”的语言来说，它需要大规模地支持function性编程能力。

程序编程

程序编程指的是将一个通用的指令序列封装到一个过程中的能力，以便这些指令可以从许多地方被调用而不需要复制和粘贴。 由于程序是编程的早期发展，其能力几乎总是与机器或汇编语言编程所要求的编程风格相联系：强调存储位置和指令在这些位置之间移动数据的概念的风格。

对比

这两种风格并不是真正的对立面 – 它们只是彼此不同而已。 有些语言完全支持这两种风格（例如LISP）。 下面的情况可能会让两种风格有所不同。 让我们写一些代码，用来确定一个列表中的所有单词是否有奇数个字符。 一，程序风格： 

 function allOdd(words) { var result = true; for (var i = 0; i < length(words); ++i) { var len = length(words[i]); if (!odd(len)) { result = false; break; } } return result; }

我会认为这个例子是可以理解的。 现在，function风格： 

 function allOdd(words) { return apply(and, map(compose(odd, length), words)); }

从内到外，这个定义做了以下几件事：

  1. compose(odd, length)组合odd和length函数来产生一个新函数，用于确定一个string的长度是否是奇数。
  2. map(..., words)为words每个元素调用新函数，最终返回一个新的布尔值列表，每个布尔值表示相应的单词是否具有奇数个字符。
  3. apply(and, ...)将“和”运算符应用于结果列表， 并将所有的布尔运算放在一起以产生最终结果。

从这些例子中可以看出，程序编程非常关心在variables中移动值，并明确描述产生最终结果所需的操作。 相反，function风格强调将初始input转换为最终输出所需的function组合。

该示例还显示了程序代码与function代码的典型相对大小。 此外，它certificate了程序代码的性能特征比function代码更容易被看到。 考虑：函数是计算列表中所有单词的长度，还是在find第一个偶数长度单词后立即停止？ 另一方面，function代码允许高质量的实现来执行一些相当严重的优化，因为它主要expression意图而不是明确的algorithm。

进一步阅读

这个问题出现了很多……例如：

  • 过程式编程和函数式编程有什么区别？
  • 有人可以给我函数式编程与命令式/程序式编程的例子吗？
  • 面向对象与function编程vs程序

John Backus的图灵奖授课详细阐述了函数式编程的动机：

冯诺依曼风格可以解放编程吗？

我不应该在目前的情况下提及这篇文章，因为它非常快速，技术性很强。 我无法抗拒，因为我认为这是真正的基础。

附录 – 2013

评论家指出，stream行的当代语言除了程序和function之外，还提供其他风格的程序devise。 这样的语言通常提供以下一种或多种编程风格：

  • 查询（例如，列表parsing，语言集成查询）
  • 数据stream（例如隐式迭代，批量操作）
  • 面向对象（如封装的数据和方法）
  • 面向语言（例如特定于应用程序的语法，macros）

请参阅下面的注释，以了解如何通过这些其他types的可用设施使此应答中的伪代码示例受益。 具体来说，程序性的例子将从几乎任何更高层次的构造的应用中受益。

所展示的例子有意避免混合这些其他的编程风格，以强调所讨论的两种风格之间的区别。

function编程和命令编程的真正区别在于心态 – 命令式编程人员正在思考variables和内存块，而function程序员正在思考“如何将input数据转换为我的输出数据” – 您的“程序”是pipe道并对数据进行变换以将其从input输出到输出。 这是IMO的有趣的部分，而不是“你不应该使用variables”位。

作为这种思维方式的结果，FP计划通常描述将会发生的事情，而不是如何发生的具体机制 – 这是很有力的，因为如果我们能够清楚地说明“select”和“哪里”和“聚合”的含义，我们可以自由地replace它们的实现，就像我们使用AsParallel（）一样，突然我们的单线程应用扩展到n个核心。 

  Isn't that the same exact case for procedural programming?

不，因为程序代码可能有副作用。 例如，它可以在呼叫之间存储状态。

也就是说，可以用程序语言编写满足这个约束条件的代码。 还有可能编写代码来打破这种被认为有效的语言的约束。

我不同意WReach的回答。 让我们分析一下他的答案，看看不同意见的来源。

首先，他的代码是： 

 function allOdd(words) { var result = true; for (var i = 0; i < length(words); ++i) { var len = length(words[i]); if (!odd(len)) { result = false; break; } } return result; }

和 

 function allOdd(words) { return apply(and, map(compose(odd, length), words)); }

首先要注意的是他正在混淆：

  • 实用
  • 面向expression式和
  • 迭代器为中心

编程，并且缺less迭代风格编程的能力，以比典型的function风格更具有更明确的控制stream程。

让我们快速谈论这些。

以expression为中心的风格是尽可能地对事物进行评估的一种风格。 尽pipe函数式语言因其对expression式的热爱而着名，但实际上可能有一种没有可组合式expression式的函数式语言。 我要打个电话， 没有expression，只是陈述。 

 lengths: map words length each_odd: map lengths odd all_odd: reduce each_odd and

这与之前给出的几乎相同，期望函数完全通过声明和绑定链来链接。

以迭代器为中心的编程风格可能是由Python所采取的。 让我们使用一个纯迭代的，以迭代器为中心的风格： 

 def all_odd(words): lengths = (len(word) for word in words) each_odd = (odd(length) for length in lengths) return all(each_odd)

这不起作用，因为每个子句都是一个迭代过程，它们通过显式暂停和恢复堆栈帧而绑定在一起。 语法可能部分来自function语言，但它被应用于它的完全迭代的实施例。

当然，你可以压缩这个： 

 def all_odd(words): return all(odd(len(word)) for word in words)

命令现在看起来不那么糟糕，呃？ 🙂

最后一点是更明确的控制stream程。 让我们重写原来的代码来使用这个： 

 function allOdd(words) { for (var i = 0; i < length(words); ++i) { if (!odd(length(words[i]))) { return false; } } return true; }

使用迭代器，你可以有： 

 function allOdd(words) { for (word : words) { if (!odd(length(word))) { return false; } } return true; }

那么，如果两者之间存在差异，那么函数式语言又有什么意义呢？ 

 return all(odd(len(word)) for word in words) 
 return apply(and, map(compose(odd, length), words)) 
 for (word : words) { if (!odd(length(word))) { return false; } } return true;

function性编程语言的主要特征是它将突变作为典型编程模型的一部分。 人们通常认为这是一个函数式编程语言没有语句或使用expression式，但这些都是简化。 一个函数式语言用一个行为声明代替了显式计算，然后这个语言执行一个减less。

限制自己的这一部分function可以让您对程序的行为有更多的保证，这样就可以更自由地编写它们。

当你有一个function语言时，创build新的function通常就像编写紧密相关的function一样简单。 

 all = partial(apply, and)

如果你没有明确地控制一个函数的全局依赖关系，这并不简单，或者甚至是不可能的。 函数式编程的最大特点是可以始终如一地创build更通用的抽象，并相信它们可以组合成一个更大的整体。

在程序范式中（我应该说“结构化编程”吗？），你已经共享了可变内存和指令，它们以一种顺序（一个接一个地）读/写。

在function范式中，你有variables和函数（在math意义上：variables不随时间而变化，函数只能根据它们的input计算出某些东西）。

（这是过于简单的，例如，FPL通常具有用于处理可变内存的设施，而程序语言通常可以支持更高级的程序，所以事情并不清楚;但是这应该给你一个想法）

可爱的Python：来自IBM Developerworks的 Python函数式编程确实帮助我理解了这种差异。

特别是对于一些了解Python的人来说，本文中的代码示例在function和程序上做了不同的事情，可以比较程序化和function化编程之间的区别。

在函数式编程中，为了推理符号的含义（variables或函数名称），您只需要知道两件事情 – 当前范围和符号的名称。 如果你有一个具有不变性的纯函数式语言，那么这两个概念都是“静态的”（对于严重超载的名字），这意味着你可以通过查看源代码来看到当前的范围和名字。

在程序编程中，如果你想回答这个问题，你需要知道你是如何到达那里的，只有范围和名字是不够的。 这就是我所看到的最大的挑战，因为这个执行path是一个“运行时”属性，可以依赖于很多不同的东西，大多数人学习只是debugging它，而不是尝试和恢复执行path。

我最近一直在考虑expression问题的差异。 菲尔·瓦德勒的描述是经常引用的，但是对这个问题的接受答案可能更容易遵循。 基本上，命令式语言似乎倾向于select一种解决问题的方法，而function性语言倾向于select另一种方法。

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