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我最近接触了函数式编程，并且学会了几种以引用透明的方式处理某些副作用的方法：

但是现在大多数“现实世界”应用程序都与外部系统（如 Web 服务、数据库等）交互，这些系统可以由多个用户同时修改，它们具有状态、长时间运行的操作等。所以情况并不那么简单与上述类别一样：向系统询问实体的状态或试图控制它的结果取决于其状态。此外，交互性也是一个要求：有一些用户可以任意点击的 GUI，也许我们还必须自动响应来自系统的变化。

通过最大化纯函数的好处来设计和实现这类应用程序的模式是什么？或者上述一些方法可以以我没有想到的方式应用于这个问题吗？该语言（比如 Java 或 Scala）并不强制要求 100% 的纯度，所以我对实践经验支持的实用解决方案感兴趣。

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我还没有做很多这种实际上以实际方式完成的事情，所以其他人希望能够做得更多。然而，我已经用 Scala 编写了一个 Android 应用程序，它有你的几个要求；UI 是交互式的，“状态”全部存储在 SQLite 数据库中。数据库和 UI 都需要与 Android 框架交互，这些框架非常面向 Java，因此不太适合 Scala 或函数式编程。

我所做的是采用类似于 MVC 设计的东西，其中模型部分被实现为一组仅支持纯操作的 ADT。这还有一个额外的优势，即模型代码完全独立于 Android 框架，因此可以在模拟器之外以我喜欢的任何方式对其进行测试。

这给我留下了控制器（视图是一个非常薄的层，主要是配置，Android 的工作方式），加上“从数据库加载模型”和“将模型保存到数据库”的附加操作。作为 Scala，我只是用不纯代码实现了这些部分，这些代码调用纯模型代码来进行实际的数据操作。在 Haskell 中，这些部分可能完全在 IO monad[1] 中。

总而言之，这让我能够以纯粹的功能性术语来思考我的问题域，而不必在与外部系统交互时“违背常规”。数据库层变成了数据库模式和我用于数据模型的 ADT 之间的映射问题；处理这些操作可能失败的事实是控制器（启动数据库操作）的责任，并且不会影响模型。控制器操作在概念上变得非常简单，例如“按下此按钮时，将当前状态设置为在当前状态上调用函数的结果，然后更新显示表”。最后，这种不纯的“胶水”代码比实际的模型代码要多得多，但我仍然认为以这种方式编写程序是一种胜利，因为我的应用程序的核心是处理复杂的结构化数据，所以要做到这一点是最棘手的。其余的主要是编写乏味而不是难以设计。

当您的程序中有大量计算（不一定是大量数据，只是您实际在其上进行计算）时，这将起作用。如果该程序几乎完全将不同的外部系统粘合在一起，那么您不一定有那么多收获。

[1] 请记住，IO monad 不仅仅用于从控制台读取/写入。结果受程序外部状态影响的建模操作正是 IO monad 的用途；通常，如果 IO monad 不是一直与外部系统交互（或者最好即使是），Haskellers 会尽量避免在几乎整个程序中使用 IO monad。您可以对数据进行纯计算以响应来自“外部”的事件，或者甚至对需要执行以响应外部事件的 IO 操作进行纯计算，如果这很复杂的话。

于 2012-04-11T02:09:06.757 回答
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但是现在大多数“现实世界”应用程序都与外部系统（如 Web 服务、数据库等）交互，这些系统可以由多个用户同时修改，它们具有状态、长时间运行的操作等。所以情况并不那么简单与上述类别一样：向系统询问实体的状态或试图控制它的结果取决于其状态。此外，交互性也是一个要求：有一些用户可以任意点击的 GUI，也许我们还必须自动响应来自系统的变化。

交互地，同时编辑共享状态只是状态单子的另一个例子。您可能会使用镜头或其他一些抽象来对数据结构进行编辑，但在引擎盖下，您所拥有的只是一个共享的全局状态。

如果您想要机器级别的并发支持，您可以使用并发结构（例如 STM var 或 MVar ）来解决并发编辑的冲突。这意味着您将处于 STM 或 IO monad 中。

在 Hackage 和 Haskell 包中，有许多为此类作业设计的单子环境示例。

于 2012-04-12T15:37:13.963 回答
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异步流又名迭代似乎是一个有用且相关的抽象，似乎值得进一步探索它们......

于 2012-04-28T16:13:02.720 回答
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我对实践经验支持的务实解决方案感兴趣。

GHC 用来提供不同标识符的Unique类型可能会让您感兴趣 - 基于相同方法的教学实施可以在John Launchbury 和 Simon Peyton Jones在 Haskell 的 State 的第 39-41 页上找到。这种方法可以追溯到 F. Warren Burton 的Nondeterminism with Referential Transparency in Functional Programming Languages，其中还简要描述了使用伪数据在运行时访问信息以提供timestamp和spacestamp值。

既然你提到IO：

 -- abstract; single-use I/O source
data Exterior
getchar :: Exterior -> Char
putchar :: Char -> Exterior -> ()

 -- from section 2 of Burton's paper
data Tree a = Node { contents :: a,
                     left     :: Tree a,
                     right    :: Tree a }

 -- utility definitions
type OI  =  Tree Exterior

getChar' :: OI -> Char
getChar' =  getchar . contents

putChar' :: Char -> OI -> ()
putChar' c = putchar c . contents

part     :: OI -> (OI, OI)
parts    :: OI -> [OI]

part t   =  (left t, right t)
parts t  =  let !(t1, t2) = part t in
            t1 : parts t2

现在定义 Philip Wadler 的How to Declare an Imperative中的运行示例：

echo     :: OI -> ()
echo t   =  let !(t1:t2:t3:_) = parts t in
            let !c = getChar' t1 in
            if c == '\n' then
               ()
            else
               let !_ = putChar' c t2 in
               echo t3

连同IO：

type IO a = OI -> a

unit     :: a -> IO a
unit x   =  \ t -> let !_ = part t in x

bind     :: IO a -> (a -> IO b) -> IO b
bind m k =  \ t -> let !(t1, t2) = part t
                       !x = m t1
                       !y = k x t2
                   in y  

{-
  getChar' :: IO Char
  putChar' :: Char -> IO ()
  echo     :: IO ()
-}
于 2021-10-27T22:25:41.000 回答