函数式编程：功能，示例，优点和缺点 - 技术 - 2025

与模式编程相对应的功能编程是基于将程序的行为声明为功能数学模型而不是向处理器的明确指令序列的概念，这是命令式编程的主要概念。

功能语言强调语句和术语，而不是执行语句。在此编程中，结果将仅取决于传递给函数的参数，这与其他遵循局部或全局状态的类型不同。

映射函数如何在Haskell函数编程语言中进行操作的图。资料来源：作者：Pluke-自己的作品，CC0 commons.wikimedia.org。

它的名称来自数学函数，即将一组输入分配给一组输出。数学函数实际上并没有做任何工作，而是描述过程的模型，并通过公式解释一组输入在函数中产生的结果。

基本思路

函数式编程的基础是lambda演算，它是在20世纪第三十年开发的，用于定义和应用函数。LISP是于1960年设计的同类第一编程语言。

尽管大多数编程语言都包含可以在函数内部设置或使用的输入，输出和外部变量，但函数式编程可以避免这种情况。这个想法是，每次使用相同的参数调用函数时，它都应返回相同的值。

特点

函数式编程语言被称为应用程序，因为函数被应用于其参数以及声明性和非过程性的参数，因为定义定义了要计算的内容而不是计算方式。

纯功能

当函数没有可观察到的副作用（如更改外部变量，文件系统更改等）时，它就是纯函数。

这些函数被认为具有说服力，因为它们在某些时候不会明确更改代码其他部分可能依赖的任何变量。编写具有这些限制的代码似乎很尴尬，但是必须将这些函数视为确定性，可预测和可组合的。

一流的功能

函数被视为可以分配给变量的值，因此可以将它们传递给其他函数或从其他函数返回。也就是说，可以将函数用作参数或要返回的值。

这意味着可以照原样传递函数，而不仅仅是传递函数的结果。例如，考虑double（x）函数，该函数返回其输入参数值的两倍。因此，双精度数（2）将返回4。

因为它是一流的函数，所以代码（double（double（double（2）））与double（4）代码相同。这使您可以将一个函数嵌套为另一个函数的参数，依此类推。

参照透明

它指的是在这种编程模式下没有赋值语句的事实。也就是说，如果要存储其他值，则必须定义新变量。因此，变量的状态始终是恒定的。

这消除了丝毫不希望的影响，因为在程序执行的任何时候，任何变量都可以用其实际值替换。

递归

在函数式编程中，没有“ for”和“ while”循环。相反，迭代依赖于递归。递归是使用递归函数实现的，递归函数会重复调用它们，直到达到基本情况为止。

不变性

变量是不可变的，也就是说，变量一旦初始化就无法修改。尽管您可以创建一个新变量，但是不允许修改现有变量。

例子

命令式和声明式方法

通过一个示例，您可以分析这两种方法之间的差异，在两种排列方式中执行相同的操作，即从列表中过滤奇数，然后用5替换小于5的偶数。

它是相同的计算，结果相同。但是，正如您所看到的，命令式代码是冗长的，并且不是立即清除的。另一方面，声明性方法是可读且显式的，因为它专注于您想要获得的内容。

纯功能

可以通过一些基本示例来澄清定义为纯函数和不纯函数的内容：

作为一流对象

这意味着以与使用数据相同的方式使用功能。因此，它们可以作为参数传递给另一个函数。在以下示例中，可以将int函数作为参数传递给map函数：

>>>列表（地图（整数，））

可以将它们分配给变量并返回。例如，在下面的代码中，您可以分配hello_world函数，然后将变量作为函数执行。

优点

-专注于您要实现的内容（声明式），而不是如何实现（声明式）。

-它们不包含赋值语句，因此在给变量赋值之后，它们将不再更改。因此，功能程序不包含任何副作用。

-逻辑流程很明确，因为状态分散程度较低，并且没有隐式修改。

-支持延迟评估的概念，这意味着仅在必要时评估和存储该值。

-由于纯函数不会更改任何状态，并且完全取决于输入，因此它们易于理解。这些函数给定的返回值与它们产生的结果相同。

-由于纯函数具有避免变量或任何外部数据更改的性质，因此并发的实现变得有效。

-将功能视为值，将其他功能作为参数传递。这样可以提高对代码的理解和可读性。

-纯函数一次获取参数，产生不变的输出。使用不可更改的值使调试和测试更加容易。

更短更容易理解

它们比命令更短，更容易理解。研究表明，对于任何编程语言，按代码行计算的平均程序员生产率几乎相同，从而转化为更高的生产率。

无控制流

调用函数的效果与计算结果的效果不同。这排除了主要的错误源，也使执行顺序变得无关紧要，因为没有副作用可以更改表达式的值，并且可以随时对其进行求值。

程序员可以减轻建立控制流的负担。由于可以随时评估表达式，因此可以将变量替换为其值。

这种自治性使功能程序在数学上比常规程序更易于管理。

缺点

-函数式编程范例并不简单，因此对于初学者来说很难理解。

-难以维护，因为许多对象在编码过程中会演变。

-在某些情况下，编写纯函数会导致代码的可读性降低。

-不变的值与递归相结合会导致系统性能的急剧下降。

-重用非常复杂，需要不断的重构。

-以递归的方式而不是使用循环或循环来编写程序是一项非常艰巨的任务。

-这些对象可能无法正确表示问题。

-尽管编写纯函数很简单，但是将它们与应用程序的其余部分以及输入/输出操作结合起来却非常困难

应用领域

人工智能编程是通过功能性编程语言完成的，并且人工智能技术已迁移到现实世界的应用程序中。

它在复杂数学模型的实现方面也很出色。为此，传统上功能语言的主要用途之一是学术性的。这对于开发可执行规范和原型实现很有用。

许多功能语言也擅长实现并行处理。这是由于它具有利用纯函数的能力，这些纯函数总是返回相同的值，而与执行顺序无关。

功能方法论

WhatsApp使用Erlang编程语言，该语言遵循功能性编程模型，因此使一百多名员工可以处理约16亿人的数据。

函数式编程风格的另一个重要载体是Haskell。Facebook在其反垃圾邮件系统中使用了它。甚至JavaScript（使用最广泛的编程语言之一）也炫耀了动态类型功能语言的特性。

支持函数式编程的语言

d

它是根据C ++设计的，在获得所有优点的同时，消除了必须与C兼容的缺点。

Erlang

它具有高度的可扩展性和并发性，非常适合以不可预测的顺序接收大量数据的电信和其他应用程序。

哈斯克尔

这是一种纯函数式编程语言，使用Lambda演算。

ML

它用于数学，科学，金融，分析和其他应用。它的优势之一是开发软件来处理其他程序。

客观骆驼

它是一种基于Caml的开源语言。它倾向于创建非常轻量级的程序，从而帮助它们比其他语言创建的程序更快地加载和运行。

方案

它基于LISP语法和ALGOL结构。由于其简单性，它在许多计算机科学课程中都被用作程序设计的入门，以展示计算机编程的一些基础知识。

参考文献

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