纯函数

Scala 提供的另一个帮助您编写函数式代码的特性是编写纯函数的能力。 一个_纯函数_可以这样定义：

• 函数 f 是纯函数，如果给定相同的输入 x，它总是返回相同的输出 f(x)
• 函数的输出_只_取决于它的输入变量和它的实现
• 它只计算输出而不修改周围的世界

这意味着：

• 它不修改其输入参数
• 它不会改变任何隐藏状态
• 没有任何“后门”：不从外界读取数据（包括控制台、Web服务、数据库、文件等），也不向外界写入数据

作为这个定义的结果，任何时候你调用一个具有相同输入值的纯函数，你总是会得到相同的结果。 例如，您可以使用输入值 2 无限次调用 double 函数，并且始终得到结果 4。

纯函数示例

给定这个定义，你可以想象， scala.math._ 包中的这些方法是纯函数：

• abs
• ceil
• max

这些 String 方法也是纯函数：

• isEmpty
• length
• substring

Scala 集合类上的大多数方法也可以作为纯函数工作，包括 drop、filter、map 等等。

在 Scala 中，_函数_和_方法_几乎可以完全互换，因此即使我们使用行业通用术语“纯函数”，这个术语也可以用来描述函数和方法。 如果您对如何像函数一样使用方法感兴趣，请参阅 Eta 表达式 的讨论。

不纯函数示例

相反，以下函数是_不纯的_，因为它们违反了纯函数的定义。

• println – 与控制台、文件、数据库、Web 服务、传感器等交互的方法都是不纯的。
• currentTimeMillis – 与日期和时间相关的方法都是不纯的，因为它们的输出取决于输入参数以外的其他东西
• sys.error – 异常抛出方法是不纯的，因为它们不简单地返回结果

不纯函数通常会执行以下一项或多项操作：

• 从隐藏状态读取，即它们访问的变量和数据不是作为输入参数明确地传递给函数
• 写入隐藏状态
• 改变他们给定的参数，或改变隐藏变量，例如类中包涵的字段
• 与外界执行某种 I/O

通常，您应该注意返回类型为 Unit 的函数。 因为这些函数不返回任何东西，逻辑上你调用它的唯一原因是实现一些副作用。 因此，这些功能的使用通常是不纯的。

但是需要不纯的函数…

当然，如果一个应用程序不能读取或写入外部世界，它就不是很有用，所以人们提出以下建议：

使用纯函数编写应用程序的核心，然后围绕该核心编写一个不纯的“包装器”以与外部世界交互。 正如有人曾经说过的，这就像在纯蛋糕上加了一层不纯的糖霜。

重要的是要注意，有一些方法可以让与外界的不纯粹互动感觉更纯粹。 例如，你会听说使用 IO Monad 来处理输入和输出。 这些主题超出了本文档的范围，所以为了简单起见，这样认识 FP 会有所帮助：FP 应用程序有一个纯函数核心，还有其他一些函数把这些纯函数包装起来与外部世界交互。

编写纯函数

注意：在本节中，常见的行业术语“纯函数”通常用于指代 Scala 方法。

要在 Scala 中编写纯函数，只需使用 Scala 的方法语法编写它们（尽管您也可以使用 Scala 的函数语法）。 例如，这是一个将给定输入值加倍的纯函数：

def double(i: Int): Int = i * 2

如果您对递归感到满意，这是一个计算整数列表之和的纯函数：

def sum(xs: List[Int]): Int = xs match {
  case Nil => 0
  case head :: tail => head + sum(tail)
}

def sum(xs: List[Int]): Int = xs match
  case Nil => 0
  case head :: tail => head + sum(tail)

如果您理解该代码，您会发现它符合纯函数定义。

要点

本节的第一个要点是纯函数的定义：

_纯函数_是仅依赖于其声明的输入及其实现来产生其输出的函数。 它只计算其输出，不依赖或修改外部世界。

第二个要点是每个现实世界的应用程序都与外部世界交互。 因此，考虑函数式程序的一种简化方法是，它们由一个纯函数核心组成，其他一些函数把这些纯函数包装起来与外部世界交互。