闭包违反了函数式编程范式吗？

Question

函数式编程“避免状态和可变数据”。

闭包通过绑定其词法环境来隐藏状态，从而关闭其自由变量。

如果Haskell支持闭包，它如何成为纯函数式语言？ 它们不会破坏引用透明性吗？

- kwarrick

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变量从何时开始破坏引用透明性呢？数学是最符合引用透明性的，然而那些讨厌的数学家整天都在搞变量。 - user395760

实现可能涉及状态，但从语义上讲并没有进行任何突变。 - Louis Wasserman

Haskell函数中的自由变量可以是其他函数、常量应用形式或已经应用的参数（部分应用），这些都不会破坏引用透明性。 - Vitus

闭包之所以被称为闭包，是因为它“封闭了变量”，即将变量固定在给定的值上。 - Dan D.

最近我看到一个建议，在数学意义上使用“variable”一词，“assignable”则用于表示可重新分配变量的过程式风格。这将有助于消除这种混淆。 - Daniel Lyons

Answer 1

在Haskell中，闭包与数学中的写法相同，具有自由变量，例如 f x = x^2 - 它不会改变状态。

我会说Haskell避免了可变状态。

- amindfv

Answer 2

闭包并不违反Haskell中的所有绑定都是不可变的这一原则。闭包实际上意味着具有自由变量的lambda表达式并不能表示唯一的函数；每次对其求值时，它都将表示不同的函数，具体取决于其自由变量的绑定情况。例如：

makeClosure :: Num a => a -> a -> a
makeClosure x = \y -> x+y

makeClosure 5 和 makeClosure 6 这两个表达式会评估为不同的函数；更重要的是，程序中不同部分中出现的两个 makeClosure 5、以及 makeClosure (2+3) 等都会评估为相同的函数。也就是说，我们有引用透明性（用等价的表达式替换原表达式保留程序含义）。在该引述中，“状态”一词的含义可能令你感到困惑。在此上下文中，“状态”指的是可变数据；闭包确实可以“隐藏”数据，但在 Haskell 中，这些数据是不可变的，因此它们并不隐藏状态。相比之下，在我的经验中，Java 程序员经常会在数据不可变的情况下将类实例“隐藏状态”，例如将数据从构造函数赋值给private final 实例字段；他们真正意思的是类（和闭包）封装数据。

- Luis Casillas

Answer 3

不，闭包在Haskell中不会出现问题，因为闭包会关闭自由变量的值。在其他语言中，可以通过在闭包中封装引用来隐藏状态。正如你所知，在JavaScript中：

var x = 1;
var f = function(y) { return y + x; }
f(2)  // => 3
x = 2;
f(2)  // => 4

实际上，你可以使用 Haskell 中的 IORef 来建模：

main = do
  x <- newIORef 1
  let f y = do x' <- readIORef x
               return (y + x')
  r1 <- f 2
  writeIORef x 2
  r2 <- f 2

这是可以的，因为函数 f 的类型为 Int -> IO Int 而不是 Int -> Int。换句话说，f 绑定到相同的操作，但是当执行该操作时，每次可能返回不同的结果。

- nominolo

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干得好。我经常看到有关闭包的评论被轻率地提及为函数式编程的“基本要素”在JavaScript闭包的讨论中。具有讽刺意味的是，如果你对JS闭包不小心，它们会保留引用而不是值，从而产生各种与状态相关的效果/错误。一个解决方案是将值作为参数显式传递进来，而不是使用闭包上下文（即将x和y都作为函数f的参数传递进来）。所以这实际上是更“函数式”的方法，对吧？ - Jon Coombs

Answer 4

在我这个工作人士的定义中，“函数式编程”的意思是，如果你输入相同的东西，你总是会得到相同的东西。

在Haskell中，闭包不违反这个定义（试着想出一个违反它的闭包吧 :)），因此闭包并不违反函数式编程范例。

- Matt Fenwick