Erlang 函数式编程之变量

函数式编程或称函数程序设计,又称泛函编程,是一种编程范型,它将电脑运算视为数学上的函数计算,并且避免使用程序状态以及易变对象。函数编程语言最重要的基础是λ演算。而且λ演算的函数可以接受函数当作输入(引数)和输出(传出值)。

比起命令式编程,函数式编程更加强调程序执行的结果而非执行的过程,倡导利用若干简单的执行单元让计算结果不断渐进,逐层推导复杂的运算,而不是设计一个复杂的执行过程。

——维基百科

话不多说,先打开 Erlang Shell 执行一些基本的命令。


我是图

我们可以看到首先给 X 赋值 2438,然后赋值为 2439 的时候抛出了一个异常:no match of right hand side value: 2439

什么? “不匹配的右值”?! 到底发生了什么, 不就是一个普普通通的赋值语句吗。

初学 Erlang,恐怕最难懂的两个部分之一就是不可变状态这个函数式编程特性吧(毕竟国内的学校所教授的基本都是命令式编程语言或者带有一些函数式特性的语言),浅显易懂的说就是变量不可变(另一个是'模式匹配')。就像图中的那样,由于变量不可变,所以给变量赋值的时候就会出错。(在这里叫赋值其实是有问题的,应该叫绑定,但这里先不深究)

纳尼?!你说变量不可变?
在其他类型的语言(命令式编程语言)中,变量往往是一块可以随意改变的内存区域,用来保存"状态"(state)。不可变的变量,意味着状态不能保存在变量中,所以也称为一次性赋值变量。
Erlang 的变量是一次性赋值变量,顾名思义,他们只能被赋值一次,所以Erlang 的变量一共有 2 个状态:已被赋值的变量叫绑定变量,否则称为未绑定变量。变量 X 在绑定前可以接受任何值,但一旦绑定了一个值之后 ,就会永远保留它,若试图改变它的值,就会得到如图所示的错误。

那这么做到底会有什么意义呢?
其实这是一个优点(相对来说),相比那些同一个变量可以在程序生命周期里得到不同的值的程序,变量一旦设置就不可修改的程序要容易理解得多,因为简单啊。使用具有可变状态(可以修改内存区域)的编程语言,比如 C 或 Java 为多核 CPU 编程的时候,就必须面对共享内存的问题,为了不破坏共享内存,访问这些内存的时候,必须加锁(一般程序一般是不会考虑这个的),不然会导致不可预料的结果,而相对的 Erlang 具有不可变状态,没有共享内存,也没有锁,这就让程序并行变得简单。
当然想想缺点也是很明显的,之前养成的编程习惯现在会觉得很难受,没有可变变量该怎么去实现 X = X + 1 这种已经十分深入人心的概念呢?其实也简单,换一个变量来接收新的值就行了,比如Y, Y = X + 1

回过头来想想这是不是有点像代数,我们当年是这样解方程的

如果 X + Y = 6; X - Y = 2,那么 X = 4, Y = 2

但是当开始学习编程的时候(国内一般都是 C 语言)看到的却是

X = X ++

这种形式的表达式,当年老师说这个和代数是不一样的,我们必须忘掉代数那些概念。但是在 Erlang 里面,变量就像数学里的那样,当给变量 X 赋一个值之后,他就一直是那个值了(看最上面维基百科对于函数式编程的定义)。

最后要讲的是,变量的作用域是它定义时所处的语汇单元。因此。若 X 被用于在一条单独的函数子句之内,那么它的值就不会超出这个子句。没有同一函数的不同子句共享变量这种说法。所以如果 X 出现在许多不同的函数里,那么这些 X 之间是没有任何关系的。现在可能不太能理解这种说法,也就是说在同一个作用域下变量是不可变的,但在不同的作用域中,变量之间可以说没有任何关系。

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