用函数式语言表示有状态的事物

Question

我一直在尝试函数式语言（特别是 F#），并且非常喜欢整个不可变/概念。然而，我对如何用函数语言表示有状态的事物有点迷失。

例如，如何用函数式语言重写以下内容？ （任何函数式语言都可以......只需要我的头脑围绕它）

class state
{
    int current_time;
    bool is_completed() { 
        return current_time() - start_time > 30 seconds
    }
    double get_progress() { 
        return (current_time() - start_time) / 30 seconds
    }
    void start() {
        start_time = current_time();
    }
}
void main() {
    state s;
    s.start();
    while(s.is_completed() == false) { 
          print s.get_progress();
    }
    print "finished";
}

Answer 1

您的示例包含一些在函数式语言中工作方式不同的内容：

• 该类是可变的 - 在函数式语言中，您将使用不可变类型
• 您正在使用 current_time 来获取当前时间，但是这个不是一个纯函数（它取决于某些全局变化状态）。在纯函数式语言（Haskell）中，这是不允许的（并且您必须使用 monad），但大多数非纯函数式语言（F#、OCaml）允许这样做。
• 您的 main 函数使用循环 - 在函数式语言中通常不鼓励使用循环（尽管有些语言支持循环）。

惯用的 F# 解决方案将像这样处理第一点和最后一点：

let currentTime() =
  System.DateTime.Now

type State(startTime) =
  static member Start() =
    State(currentTime())
  member x.IsCompleted =
    (currentTime() - startTime).TotalSeconds > 30.0
  member x.Progress =
    (currentTime() - startTime).TotalSeconds / 30.0

let main() =
  let s = State.Start()
  let rec loop () =
    if not s.IsCompleted then
      printf "%A" s.Progress
      loop ()
  loop ()
  printf "finished"

State 类型是不可变的，因为它永远不会更改其本地字段的值。它不纯粹是函数式的，因为它取决于（变化的）当前时间，但这在 F# 中不是问题（您只需意识到这一点）。如果您需要某种修改状态的方法（您不需要），那么该方法将返回 State 的新实例（就像 .NET string）。

main 函数是使用递归而不是循环编写的 - 在这种情况下，这并不重要（在 F# 中循环也可以）。使用递归的要点是，您可以将当前状态作为参数传递，并在进行递归调用时使用新实例（这实际上会在计算过程中更改当前状态）。

Answer 2

我对如何用函数式语言表示有状态的事物有点迷惑。

最终，我们常用的计算机都是有状态的东西。编程语言必须在某种程度上应对这一事实，或者放弃其主机的一些功能。

FP 语言通过以下任一方式处理此事实：

• 允许您编写获取状态的函数并生成新状态（因此使函数无状态）
• 将有状态概念包装在 Monad （或在 F# 中，计算表达式）

至于您的代码，您需要查看第一个这些选项。重写您的函数以接受当前时间作为参数。

Answer 3

我对F#了解不多，但据我了解，它与OCaml非常接近。这里有一些 OCaml：

记录类型非常擅长于此。下面是 OCaml 中的一些等效代码：（

#load "unix.cma" ;;

type state = { start : float } ;;

let mystate = { start = Unix.time () } in
    let rec check () =
        if Unix.time () -. mystate.start > 30. then
            print_endline "finished"
        else
            check ()
    in
        check () ;;

出于某种原因，Unix 时间在 OCaml 中是浮点型；如果您感觉更好，可以转换为 int32。）