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王垠：编程的宗派( 三 )


函数式编程的另一个贡献 ， 是它们的类型系统 。 函数式语言对于类型的思维 ， 往往非常的严密 。 函数式语言的类型系统 ， 往往比面向对象语言来得严密和简单很多 ， 它们可以帮助你对程序进行严密的逻辑推理 。 然而类型系统一是把双刃剑 ， 如果你对它看得太重 ， 它反而会带来不必要的复杂性和过度工程 。 这个我在下面讲讲 。
各种“白象”（white elephant）所谓白象 ， “white elephant” ， 是指被人奉为神圣 ， 价格昂贵 ， 却没有实际用处的东西 。 函数式语言里面有很好的东西 ， 然而它们里面有很多多余的特性 ， 这些特性跟白象的性质类似 。
函数式语言的“拥护者”们 ， 往往认为这个世界本来应该是“纯”（pure）的 ， 不应该有任何“副作用” 。 他们把一切的“赋值操作”看成低级的做法 。 他们很在乎所谓尾递归 ， 类型推导 ， fold ， currying ， maybe type等等 。 他们以自己能写出使用这些特性的代码为豪 。 可是殊不知 ， 那些东西其实除了能自我安慰 ， 制造高人一等的幻觉 ， 并不一定能带来真正优秀可靠的代码 。
纯函数半壶水都喜欢响叮当 。 很多喜欢自吹为“函数式程序员”的人 ， 往往并不真的理解函数式语言的本质 。 他们一旦看到过程式语言的写法就嗤之以鼻 。 比如以下这个C函数：
int f(int x) {int y = 0;int z = 0;y = 2 * x;z = y + 1;return z / 3;}很多函数式程序员可能看到那几个赋值操作就皱起眉头 ， 然而他们看不到的是 ， 这是一个真正意义上的“纯函数” ， 它在本质上跟Haskell之类语言的函数是一样的 ， 也许还更加优雅一些 。
盲目鄙视赋值操作的人 ， 也不理解“数据流”的概念 。 其实不管是对局部变量赋值还是把它们作为参数传递 ， 其实本质上都像是把一个东西放进一个管道 ， 或者把一个电信号放在一根导线上 ， 只不过这个管道或者导线 ， 在不同的语言范式里放置的方向和样式有一点不同而已！
王垠：编程的宗派文章插图
对数据结构的忽视函数式语言的帮众没有看清楚的另一个重要的 ， 致命的东西 ， 是数据结构的根本性和重要性 。 数据结构的有些问题是“物理”和“本质”地存在的 ， 不是换个语言或者换个风格就可以奇迹般消失掉的 。 函数式语言的拥护者们喜欢盲目的相信和使用列表（list） ， 而没有看清楚它的本质以及它所带来的时间复杂度 。 列表带来的问题 ， 不仅仅是编程的复杂性 。 不管你怎么聪明的使用它 ， 很多性能问题是根本没法解决的 ， 因为列表的拓扑结构根本就不适合用来干有些事情！
从数据结构的角度看 ， Lisp所谓的list就是一个单向链表 。 你必须从上一个节点才能访问下一个 ， 而这每一次“间接寻址” ， 都是需要时间的 。 在这种数据结构下 ， 很简单的像length或者append之类函数 ， 时间复杂度都是O(n)！为了绕过这数据结构的不足 ， 所谓的“Lisp风格”告诉你 ， 不要反复append ， 因为那样复杂度是O(n2) 。 如果需要反复把元素加到列表末尾 ， 那么应该先反复cons ， 然后再reverse一下 。 很可惜的是 ， 当你同时有递归调用 ， 就会发现cons+reverse的做法颠来倒去的 ， 非常容易出错 。 有时候列表是正的 ， 有时候是反的 ， 有时候一部分是反的…… 这种方式用一次还可以 ， 多几层递归之后 ， 自己都把自己搞糊涂了 。 好不容易做对了 ， 下次修改可能又会出错 。 然而就是有人喜欢显示自己聪明 ， 喜欢自虐 ， 迎着这类人为制造的“困难”勇往直前
富有讽刺意味的是 ， 半壶水的Lisp程序员都喜欢用list ， 真正深邃的Lisp大师级人物 ， 不知道什么时候应该使用记录（结构）或者数组 。 在Indiana大学 ， 我曾经上过一门Scheme（一种现代Lisp方言）编译器的课程 ， 授课的老师是R. Kent Dybvig ， 他是世界上最先进的Scheme编译器Chez Scheme的作者 。 我们的课程编译器的数据结构（包括AST）都是用list表示的 。 期末的时候 ， Kent对我们说：“你们的编译器已经可以生成跟我的Chez Scheme媲美的代码 ， 然而Chez Scheme不止生成高效的目标代码 ， 它的编译速度是你们的700倍以上 。 它可以在5秒钟之内编译它自己！” 然后他透露了一点Chez Scheme速度之快的原因 。 其中一个原因 ， 就是因为Chez Scheme的内部数据结构根本不是list 。 在编译一开头的时候 ， Chez Scheme就已经把输入的代码转换成了数组一样的 ， 固定长度的结构 。 后来在工业界的经验教训也告诉了我 ， 数组比起链表 ， 确实在某些时候有大幅度的性能提升 。 在什么时候该用链表 ， 什么时候该用数组 ， 是一门艺术 。


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