《編程導論（Java）·3.1.2 方法》之 副作用

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4. 副作用

在一些語言如Pascal中，子程式被分成兩種：函數和過程。雖然Java沒有強制性地要求將方法區分為命令和函數，然而這種區別對於良好地設計程式有很大的協助[1]。

首先說明一個概念：副作用(side effect)。副作用一般是針對操作(運算式)而言的，一個操作/運算式有“副作用”是指在對該運算式求值時，會改變程式的一個或多個資料，以致再次對該運算式求值時，可能會得出不同的結果。事實上，Java的4種運算式語句如賦值、自增自減、方法調用、對象建立都可能帶來副作用。

這裡討論方法的副作用。一個方法的執行，如果在返回一個值之外還導致某些外部“狀態”發生變化，則稱該方法產生了副作用。這裡所謂“狀態”發生變化，可以是執行個體域或靜態變數被修改、方法的實參被修改(Java 中不會出現這種情況。但是實參為引用時，其指向的對象可能被修改從而產生副作用)、將資料傳遞給顯示器、印表機或存入檔案中等等。

當然，方法內部的運算式也會出現副作用，如果它僅僅影響局部變數而不影響外部狀態，則方法沒有副作用。基於副作用概念，定義兩個術語：

2       有返回值而且沒有副作用的方法稱為函數(function)。

2       沒有返回值的方法必然有副作用，除非它的方法體是空的或者方法沒有意義。所以，沒有返回值的方法、有返回值但有副作用的方法稱為過程(procedure)或命令(command)。簡言之，有副作用的方法稱為過程。

如此嚴格地定義出函數的概念，是因為函數使得系統的狀態穩定，函數的行為容易預測。更進一步，如果函數是純粹的函數(pure function，純函數)——它的輸出值依靠和僅僅依靠其輸入、對於相同的輸入總是返回相同的值，(由於純函數的純粹和無副作用)對純函數的調用就能夠被一個值取代(或者說，將方法視為一個值)，這就是函數式程式設計語言中著名的引用透明(referentialtransparency)特性。

常式 3?3純函數package semantics.method;public class SideEffectsDemo{    private static int x = 0;        //純函數(pure function)    public static int times(int i,int j){        return  i * j ;    }    //非純函數    public static int m(int i,int j){        return  i * j +x;    }}

在函數式程式設計語言(functionalprogramming language)如Haskell[2]中，尤其強調避免副作用。當然了，完全不產生副作用的程式設計語言是沒有任何用處的，例如資料顯示和存入檔案等等副作用都是必要的，強調無副作用的Haskell 語言，使用一種技術將它們分離出來，用一種安全的方式單獨執行。

Java是命令式物件導向語言，但能夠借鑒函數式語言的優點，也期待Java中加入重要的函數式語言的特性。隨著Java 8的發布，引入的λ運算式(Lambda Expressions)表明，Java開始大力引入函數式語言的特性。(They enable you to treat functionality as a method argument, or code as data.)

練習3-5：何謂方法、函數、純函數？ 解釋副作用的含義。

練習3-6：實現方法，求f(x)=x^3 + 3x+1。註：書中x^3表示x*x*x.

 

[1] 參考RichardMitchell，Jim Mackim著，孟岩譯，Design by Contract原則與實踐。

[2] http://www.haskell.org/learning.html

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