ฟังก์ชั่น pure ที่ถูกบันทึกไว้นั้นถือว่าตัวเองบริสุทธิ์หรือไม่?

สมมติว่าเป็นฟังก์ชั่นบริสุทธิ์ที่ทำบางสิ่งที่มีราคาแพงเช่นการกลับรายการปัจจัยสำคัญของfn(x)x

และขอบอกว่าเราทำให้รุ่น memoized memoizedFn(x)ของฟังก์ชั่นเดียวกันที่เรียกว่า มันจะส่งกลับผลลัพธ์เดียวกันสำหรับอินพุตที่กำหนด แต่จะเก็บแคชส่วนตัวของผลลัพธ์ก่อนหน้าเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ

การพูดอย่างเป็นทางการmemoizedFn(x)ถือว่าบริสุทธิ์หรือไม่

หรือมีชื่ออื่นหรือคำที่มีคุณสมบัติเหมาะสมที่ใช้เพื่ออ้างถึงฟังก์ชั่นดังกล่าวในการสนทนาของ FP? (เช่นฟังก์ชั่นที่มีผลข้างเคียงที่อาจส่งผลกระทบต่อความซับซ้อนในการคำนวณของการโทรครั้งต่อไป แต่อาจไม่ส่งผลกระทบต่อค่าส่งคืน)

ใช่. รุ่นที่บันทึกไว้ของฟังก์ชั่นแท้ยังเป็นฟังก์ชั่นที่บริสุทธิ์

ความบริสุทธิ์ของฟังก์ชั่นทั้งหมดนั้นใส่ใจเป็นผลที่พารามิเตอร์อินพุตในค่าส่งคืนของฟังก์ชัน (ผ่านอินพุตเดียวกันควรสร้างเอาต์พุตเดียวกันเสมอ) และผลข้างเคียงใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับสถานะโลก (เช่นข้อความไปยังเทอร์มินัลหรือ UI หรือเครือข่าย) . เวลาในการคำนวณและการใช้หน่วยความจำพิเศษไม่เกี่ยวข้องกับความบริสุทธิ์

แคชของฟังก์ชั่นบริสุทธิ์นั้นมองไม่เห็นในโปรแกรม ฟังก์ชั่นการเขียนโปรแกรมภาษาได้รับอนุญาตให้ปรับฟังก์ชั่นบริสุทธิ์โดยอัตโนมัติให้เป็นรุ่นที่บันทึกความทรงจำของฟังก์ชั่นถ้ามันสามารถตรวจสอบว่ามันจะเป็นประโยชน์ในการทำเช่นนั้น ในทางปฏิบัติการพิจารณาโดยอัตโนมัติเมื่อการบันทึกเป็นประโยชน์ค่อนข้างจริงแล้วเป็นปัญหาที่ยาก แต่การเพิ่มประสิทธิภาพเช่นนั้นจะถูกต้อง

Wikipedia กำหนด"Pure Function"เป็นฟังก์ชั่นที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• ใช้ค่าตอบแทนเป็นเหมือนกันสำหรับอาร์กิวเมนต์เดียวกัน (รูปแบบที่มีตัวแปรท้องถิ่นคงที่ตัวแปรนอกท้องถิ่นข้อโต้แย้งอ้างอิงไม่แน่นอนหรือสตรีมข้อมูลจากผมไม่มีอุปกรณ์ / O)

• การประเมินผลไม่มีผลข้างเคียง (ไม่มีการกลายพันธุ์ของตัวแปรสแตติกท้องถิ่นตัวแปรที่ไม่ใช่ในท้องถิ่นข้อโต้แย้งอ้างอิงที่ไม่แน่นอนหรือสตรีม I / O)

ในทางกลับกันฟังก์ชั่น pure จะคืนค่าเอาต์พุตเดียวกันกับอินพุตเดียวกันและจะไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งอื่นนอกฟังก์ชั่น สำหรับจุดประสงค์ของความบริสุทธิ์มันไม่สำคัญว่าฟังก์ชั่นคำนวณค่าส่งคืนของมันตราบใดที่มันคืนค่าเอาต์พุตเดียวกันที่ได้รับจากอินพุตเดียวกัน

ภาษาบริสุทธิ์ที่ใช้งานได้เช่น Haskell ใช้การบันทึกเป็นประจำเพื่อเพิ่มความเร็วในการทำงานโดยการแคชผลลัพธ์ที่คำนวณไว้ก่อนหน้านี้

ใช่ฟังก์ชั่น pure ที่มีการบันทึกความจำนั้นมักเรียกกันว่า pure นี่เป็นเรื่องปกติโดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาษาเช่น Haskell ซึ่งมีการบันทึกผลการเปลี่ยนแปลงที่ไม่จำเจและขี้เกียจซึ่งเป็นคุณลักษณะในตัว

มีข้อแม้ที่สำคัญอย่างหนึ่ง: ฟังก์ชั่นการบันทึกจะต้องปลอดภัยต่อเธรดหรือมิฉะนั้นคุณอาจได้รับเงื่อนไขการแข่งขันเมื่อทั้งสองเธรดพยายามเรียกมัน

ตัวอย่างหนึ่งของนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่ใช้คำว่า "ทำงานได้อย่างหมดจด" ด้วยวิธีนี้คือโพสต์บล็อกนี้โดย Conal Elliottเกี่ยวกับการบันทึกอัตโนมัติ:

บางทีอาจจะน่าแปลกใจที่การบันทึกช่วยจำสามารถนำไปใช้งานได้อย่างเรียบง่ายและมีประสิทธิภาพในภาษาที่ใช้งานได้ดี

มีตัวอย่างมากมายในวรรณกรรมที่ผ่านการตรวจสอบโดยเพื่อนและมีมานานหลายทศวรรษ ตัวอย่างเช่นกระดาษนี้จากปี 1995 “ การใช้การบันทึกอัตโนมัติเป็นเครื่องมือวิศวกรรมซอฟต์แวร์ในระบบโลกแห่งความจริง AI”ใช้ภาษาที่คล้ายกันมากในส่วนที่ 5.2 เพื่ออธิบายสิ่งที่เราเรียกในวันนี้ว่าฟังก์ชั่นบริสุทธิ์:

การบันทึกใช้งานได้กับฟังก์ชั่นจริงเท่านั้นไม่ใช่ขั้นตอน นั่นคือถ้าผลลัพธ์ของฟังก์ชั่นนั้นไม่สมบูรณ์และระบุไว้อย่างแน่นอนโดยพารามิเตอร์อินพุตการใช้การบันทึกช่วยจำจะให้ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้อง จำนวนฟังก์ชั่นที่สามารถบันทึกได้สำเร็จจะเพิ่มขึ้นโดยกระตุ้นให้ใช้สไตล์การเขียนโปรแกรมฟังก์ชั่นทั่วทั้งระบบ

ภาษาที่จำเป็นบางอย่างมีสำนวนที่คล้ายกัน ตัวอย่างเช่นstatic constตัวแปรใน C ++ จะเริ่มต้นได้เพียงครั้งเดียวก่อนที่จะใช้ค่าของมันและจะไม่กลายพันธุ์

ขึ้นอยู่กับว่าคุณทำมันอย่างไร

โดยปกติคนต้องการบันทึกโดยการกลายพันธุ์แคชพจนานุกรมบางประเภท สิ่งนี้มีปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ที่ไม่บริสุทธิ์เช่นต้องกังวลเกี่ยวกับการเกิดพร้อมกันกังวลเกี่ยวกับแคชที่มีขนาดใหญ่เกินไป ฯลฯ

อย่างไรก็ตามคุณสามารถบันทึกโดยไม่ต้องเปลี่ยนหน่วยความจำที่ไม่บริสุทธิ์ ตัวอย่างหนึ่งอยู่ในคำตอบนี้โดยที่ฉันติดตามค่าที่ถูกจดจำภายนอกโดยวิธีการlengthsโต้แย้ง

ในลิงค์ที่มีให้ Robert Harveyการประเมินแบบขี้เกียจใช้เพื่อหลีกเลี่ยงผลข้างเคียง

เทคนิคอื่นที่บางครั้งเห็นก็คือการทำเครื่องหมายบันทึกอย่างชัดเจนว่าเป็นผลข้างเคียงที่ไม่บริสุทธิ์ในบริบทของIOประเภทเช่นกับฟังก์ชั่นบันทึกความจำของแมว - ผลกระทบ

อันสุดท้ายนี้นำมาซึ่งประเด็นที่บางครั้งเป้าหมายเป็นเพียงการสรุปการกลายพันธุ์แทนที่จะกำจัด โปรแกรมเมอร์ที่ใช้งานได้ส่วนใหญ่คิดว่ามัน "บริสุทธิ์เพียงพอ" เพื่อทำให้สิ่งเจือปนอย่างชัดเจนและถูกห่อหุ้ม

หากคุณต้องการคำที่จะแยกความแตกต่างจากฟังก์ชั่นที่บริสุทธิ์อย่างแท้จริงฉันคิดว่ามันเพียงพอที่จะพูดว่า "บันทึกด้วยพจนานุกรมที่ไม่แน่นอน" นั่นทำให้ผู้คนรู้วิธีใช้อย่างปลอดภัย

โดยปกติแล้วฟังก์ชันที่ส่งคืนรายการจะไม่บริสุทธิ์เลยเพราะต้องมีการจัดสรรพื้นที่เก็บข้อมูลและอาจล้มเหลว (เช่นโดยการส่งข้อยกเว้นซึ่งไม่บริสุทธิ์) ภาษาที่มีประเภทของค่าและสามารถแสดงรายการเป็นประเภทค่าที่มีขอบเขตขนาดอาจไม่มีปัญหานี้ ด้วยเหตุผลนี้ตัวอย่างของคุณอาจไม่บริสุทธิ์

โดยทั่วไปหากการบันทึกช่วยจำสามารถทำได้ในกรณีที่ไม่มีความล้มเหลว (เช่นโดยมีการจัดสรรหน่วยความจำแบบสแตติกสำหรับผลลัพธ์ที่ถูกบันทึกไว้และการซิงโครไนซ์ภายในเพื่อควบคุมการเข้าถึงพวกเขาหากภาษายอมรับเธรด) บริสุทธิ์.

คุณสามารถดำเนินการได้โดยไม่ต้อง memoization ผลข้างเคียงโดยใช้monad รัฐ

[รัฐ monad] เป็นพื้นฟังก์ชั่น S => (S, A) ที่ S เป็นประเภทที่แสดงถึงสถานะของคุณและเป็นผลที่ได้ฟังก์ชั่นผลิต - แมวรัฐ

ในกรณีของคุณรัฐจะเป็นค่าที่บันทึกไว้หรือไม่มีอะไร (เช่น Haskell Maybeหรือ Scala Option[A]) หากมีการบันทึกค่าที่มีการบันทึกไว้จะมีการส่งคืนเป็นAมิฉะนั้นAจะถูกคำนวณและส่งคืนเนื่องจากสถานะที่ถูกเปลี่ยนแปลงและผลลัพธ์