函數(shù)式語言基本知識(shí)
一些作者已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)和面向數(shù)值程序設(shè)計(jì)的區(qū)別。MacLenna(1982)指出，值（例如數(shù)字17）是應(yīng)用式的和只讀的，他們總是抽象的。對(duì)象（例如實(shí)例）在一定范圍內(nèi)存在，可以被創(chuàng)造、撤銷、共享和更新。數(shù)值是引用透明的，引用它的一切事情將使用同樣的數(shù)值。Smalltalk也因此受到一些批評(píng)，在Smalltalk中任何事物都是對(duì)象。無法實(shí)現(xiàn)一種正確的區(qū)分將導(dǎo)致幾個(gè)危險(xiǎn)。不清楚共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否可能被錯(cuò)誤地更新，或者存在著一個(gè)以潛在的代價(jià)昂貴的復(fù)制開銷。在給出了應(yīng)用式程序設(shè)計(jì)或面向數(shù)值的程序設(shè)計(jì)的一切優(yōu)點(diǎn)以后，為什么我們應(yīng)該完全需要對(duì)象呢？
首先，如果我們所采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于真實(shí)世界的話，那么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里現(xiàn)實(shí)世界模擬將會(huì)被大大簡化。文件是對(duì)象，他們不能被代數(shù)描述。在普通程序設(shè)計(jì)語言中，變量是對(duì)象，他們的標(biāo)識(shí)和區(qū)分是通過他們的位置，而無需考慮它們的當(dāng)前值是什么。一個(gè)值屬于一個(gè)類型，而一個(gè)對(duì)象屬于一個(gè)類，本質(zhì)的區(qū)別是：具有相同描述的兩個(gè)對(duì)象可能并不相同，而相同的描述不可能是兩個(gè)不同的值。例如，只可能有一個(gè)值等于17的整數(shù)，但蒙娜麗莎畫像可以有兩個(gè)完全一樣的副本。反之則是不正確的，這可以通過下面的情況進(jìn)行說明?？紤]具有不同描述的兩個(gè)對(duì)象（早晨的星星和晚上的星星），他們代表的是同一物理對(duì)象（金星）。許多語言都混淆了這個(gè)問題，例如，Pascal中的文件可能無法被賦予表達(dá)式或在表達(dá)式中使用，盡管他們的聲明是通過和其他類型同樣的方式。模擬系統(tǒng)的程序員必須處理“狀態(tài)”和狀態(tài)的變化，他們必須處理時(shí)間或（至少在人工智能里的）可能世界。應(yīng)用式程序設(shè)計(jì)不是為此目的而設(shè)計(jì)的，而是為了處理不受時(shí)間影響的數(shù)學(xué)抽象。
那么，我們所需要做的就是清楚地區(qū)分值和對(duì)象以及支持這種區(qū)分并允許使用恰當(dāng)模型（值或?qū)ο螅┑囊环N語言。
函數(shù)是程序設(shè)計(jì)是一種風(fēng)格，包括建立在形式邏輯和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的語言，例如Lisp或ML。普通程序通過向變量賦值而發(fā)生作用，這些變量代表了內(nèi)存中的存儲(chǔ)位置。任何以前存儲(chǔ)的值將會(huì)被重寫并永久消失，除非事先采取了有關(guān)步驟。應(yīng)用式程序語言（比如Lisp）不采用這種破壞的賦值過程。相對(duì)于命令式編程，應(yīng)用式程序設(shè)計(jì)不允許賦值或側(cè)放作用。在實(shí)際中，這意味著要節(jié)省存儲(chǔ)空間，處理器必須周期性地執(zhí)行一些無用存儲(chǔ)單元收集以清除那些不再需要的值。另一個(gè)普遍的特征是“延遲計(jì)算”，通過這種方式，數(shù)值在函數(shù)用到之前是不被計(jì)算的。這種類型的語言建立在函數(shù)應(yīng)用和組合的基礎(chǔ)之上，他們依賴于以以“l(fā)ambda演算”而聞名的邏輯系統(tǒng)，對(duì)lambda演算,我們將在下面進(jìn)行說明。當(dāng)應(yīng)用式程序設(shè)計(jì)維持“參照透明性”的時(shí)候，這就是說每個(gè)表達(dá)式或變量在給定作用于范圍內(nèi)具有相同的值，所有變量都是局部的。那么在這種情況下，應(yīng)用式程序設(shè)計(jì)也就變成了函數(shù)是程序設(shè)計(jì)。這暗示我們可以用一個(gè)相等值來替換一個(gè)表達(dá)式，而不會(huì)改變整個(gè)表達(dá)式的值。這個(gè)屬性在定理證明和數(shù)據(jù)庫查詢中是很有用的，因?yàn)槠渲兄貙懞吞鎿Q是很基本的。雖然這種作用與規(guī)則很容易讓人想起面向?qū)ο蟮恼Z言，但函數(shù)式程序設(shè)計(jì)不允許對(duì)象具有狀態(tài)。一種過程語言命令計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行一個(gè)特定的任務(wù)。一種非過程語言僅僅告訴計(jì)算機(jī)該做些什么，而不是怎么做。思考下列一個(gè)數(shù)據(jù)庫查詢，該查詢?cè)儐柮總€(gè)部門各有多少個(gè)雇員以及總薪水和平均薪水是多少。
- SELECT DNAME, JOB, SUM(SAL), COUNT(*), AVG(SAL)
- FORM EMPLOYEE,DEPARTMENT
- WHERE EMPLOYEE.DEPTNO=DEPARTMENT.DEPTNO
- GROUP BY DNAME,JOB
實(shí)際上，這個(gè)查詢產(chǎn)生正確輸出，但結(jié)果是不必與我們相關(guān)的。上面所用的語言是SQL語言，注意他并沒有告訴計(jì)算機(jī)如何回答這個(gè)問題。這涉及到獲取雇員表單，按部門和工作進(jìn)行排序，然后計(jì)算人數(shù)以及平均薪水和總薪水。最后，在輸出結(jié)果中，部門編號(hào)必須被部門名稱所代替。這本是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，其中涉及到讀紀(jì)錄和保存每一階段的中間結(jié)果。但這種建立在關(guān)系代數(shù)基礎(chǔ)之上的非過程SQL是所有這些都是不必要的。在SQL
的執(zhí)行過程中，存在著引入了一種過程性元素的內(nèi)置函數(shù)。純粹形性是一個(gè)非常珍貴的幫助。
術(shù)語“說明性”比“非過程”更通用一些，因?yàn)樗思冋f明性語言。這個(gè)術(shù)語更多的是與數(shù)據(jù)表示方法有關(guān)，而于特定的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格并無太大關(guān)系。說明性語言的對(duì)立語言通常稱為命令式語言，但這種用法在更時(shí)髦但不太悅耳的“非過程”的攻擊下邊的落伍。Prolog語言也是一種說明性的非過程風(fēng)格（盡管一種修剪(！)操作的出現(xiàn)使他同樣能夠以一種不靈活的過程風(fēng)格被使用）?，F(xiàn)在，讓我們轉(zhuǎn)向使得這種語言成為可能的邏輯。
Prolog和SQL都是基于一階謂詞演算（這是數(shù)學(xué)邏輯的一種形式），SQL是建立在更小自己的基礎(chǔ)之上，因此可表達(dá)性較差。這些語言金當(dāng)他們的可表達(dá)性像Prolog一樣時(shí)才通常被稱為邏輯程序設(shè)計(jì)語言。函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語言建立在另一種邏輯系統(tǒng)的基礎(chǔ)（lambda演算）之上，通常認(rèn)為它是邏輯程序設(shè)計(jì)語言，盡管它們深深根植于邏輯。
函數(shù)式程序語言有一些明顯的好處，這些好處包括：
◆它們的形式化基礎(chǔ)。
◆通過增加額外的可重用功能，他們很容易被擴(kuò)展。
◆統(tǒng)一的程序設(shè)計(jì)隱喻，從而，每件事都是一個(gè)函數(shù)。
◆較高級(jí)的結(jié)構(gòu)體（函數(shù)的函數(shù)）容易表達(dá)。
◆支持多態(tài)性類型（像ML一樣）或完全風(fēng)格的類型自由（像Lisp一樣）。
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