《编程导论（Java）·3.1.2 方法》之 副作用

4. 副作用

在一些语言如Pascal中，子程序被分成两种：函数和过程。虽然Java没有强制性地要求将方法区分为命令和函数，然而这种区别对于良好地设计程序有很大的帮助^[1]。

首先说明一个概念：副作用(side effect)。副作用一般是针对操作(表达式)而言的，一个操作/表达式有“副作用”是指在对该表达式求值时，会改变程序的一个或多个数据，以致再次对该表达式求值时，可能会得出不同的结果。事实上，Java的4种表达式语句如赋值、自增自减、方法调用、对象创建都可能带来副作用。

这里讨论方法的副作用。一个方法的执行，如果在返回一个值之外还导致某些外部“状态”发生变化，则称该方法产生了副作用。这里所谓“状态”发生变化，可以是实例域或静态变量被修改、方法的实参被修改(Java 中不会出现这种情况。但是实参为引用时，其指向的对象可能被修改从而产生副作用)、将数据传递给显示器、打印机或存入文件中等等。

当然，方法内部的表达式也会出现副作用，如果它仅仅影响局部变量而不影响外部状态，则方法没有副作用。基于副作用概念，定义两个术语：

²       有返回值而且没有副作用的方法称为函数(function)。

²       没有返回值的方法必然有副作用，除非它的方法体是空的或者方法没有意义。所以，没有返回值的方法、有返回值但有副作用的方法称为过程(procedure)或命令(command)。简言之，有副作用的方法称为过程。

如此严格地定义出函数的概念，是因为函数使得系统的状态稳定，函数的行为容易预测。更进一步，如果函数是纯粹的函数(pure function，纯函数)——它的输出值依靠和仅仅依靠其输入、对于相同的输入总是返回相同的值，(由于纯函数的纯粹和无副作用)对纯函数的调用就能够被一个值取代(或者说，将方法视为一个值)，这就是函数式编程语言中著名的引用透明(referentialtransparency)特性。

例程 3‑3纯函数package semantics.method;public class SideEffectsDemo{    private static int x = 0;        //纯函数(pure function)    public static int times(int i,int j){        return  i * j ;    }    //非纯函数    public static int m(int i,int j){        return  i * j +x;    }}

在函数式编程语言(functionalprogramming language)如Haskell[2]中，尤其强调避免副作用。当然了，完全不产生副作用的编程语言是没有任何用处的，例如数据显示和存入文件等等副作用都是必要的，强调无副作用的Haskell 语言，使用一种技术将它们分离出来，用一种安全的方式单独执行。

Java是命令式面向对象语言，但能够借鉴函数式语言的优点，也期待Java中加入重要的函数式语言的特性。随着Java 8的发布，引入的λ表达式(Lambda Expressions)表明，Java开始大力引入函数式语言的特性。(They enable you to treat functionality as a method argument, or code as data.)

练习3-5：何谓方法、函数、纯函数？ 解释副作用的含义。

练习3-6：实现方法，求f(x)=x^3 + 3x+1。注：书中x^3表示x*x*x.

 

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[1] 参考RichardMitchell，Jim Mackim著，孟岩译，Design by Contract原则与实践。

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