Fortran是纯功能语言吗？

Question

我了解某些语言在编程中结合了许多不同范例的元素。有人告诉我Fortran是一种功能语言的示例，但是我对它是否纯粹是功能性有些困惑，因为它似乎主要用于数学功能，但是我也读到它是可能也可以将面向对象的编程应用于Fortran，所以它是某种混合形式吗？

Answer 1

“我对它是否纯粹是功能有点困惑，因为它似乎主要用于数学函数”

这似乎是对术语“纯功能”的含义的误解，也可能是对术语“数学功能”的含义的误解。

数学函数

A mathematical function是输入和输出之间的映射：

在数学中，函数是集合之间的一种关系，该关系与第一集合的每个元素恰好与第二集合的一个元素相关联。

在编程语言的上下文中，函数的输入是其参数，而输出是其返回值，因此例如像

这样的功能

def greeting(name):
    return 'Hello, ' + name

在Python中被认为是数学函数，而类似的函数

def print_square(x):
    print(x ** 2)
    return None

不被视为数学函数。在此请注意，该计算本质上是否为数学与该数学意义上的函数无关。 print_square执行一些算术运算，比greeting更像数学。但是greeting是一个数学函数，而print_square不是。greeting是一个数学函数，因为它是从一组字符串到一组字符串的映射，并且可以通过将哪些输入与哪些输出相关联来描述该函数。完整写出映射将花费无数行，但是映射就像：

'Alice'   → 'Hello, Alice'
'Bob'     → 'Hello, Bob'
'Charles' → 'Hello, Charles'
'####'    → 'Hello, ####'
''        → 'Hello, '
...

第一个集合中的每个元素（即所有字符串的集合）都与第二个集合中的一个元素恰好相关，所以greeting满足数学函数的定义。

相反，print_square不是数学函数，因为不能用从输入到输出的映射来描述它：

12 → None
4  → None
...

这些映射（从整数组到{None}组的映射没有正确定义print_square的功能，这是因为它计算输入和prints it to the console的平方。

为了避免与“做一些数学运算的函数”混淆，最好使用计算术语“ pure function”：

...纯函数是数学函数的计算类似物。

因此，对于您的评论，Fortran

“似乎主要用于数学函数]

，Fortran主要用于进行数学computations，但这不是“数学函数”的意思。纯函数式编程

一种purely functional编程语言是一种通过纯函数来完成所有计算的语言：

在计算机科学中，纯函数式编程通常指定一种编程范例...，它将所有计算视为对数学函数的评估。也可以通过禁止更改状态和可变数据来定义纯函数式编程。

请注意，对于编程语言而言，

允许

编写纯函数是不够的；此定义表示所有计算必须由纯函数来完成，语言才能被视为纯函数。Fortran是纯功能语言吗？不它不是。根据输入和输出之间的映射，Fortran中的子例程可以做其他事情，而不仅仅是返回值。 Fortran中的计算可以通过状态更改和可变数据来完成。一个例子就足够了：这个例子来自Rosetta Code。

subroutine hs(number, length, seqArray)
  integer, intent(in)  :: number
  integer, intent(out) :: length  
  integer, optional, intent(inout) :: seqArray(:)
  integer :: n

  n = number
  length = 1
  if(present(seqArray)) seqArray(1) = n
  do while(n /= 1)
    if(mod(n,2) == 0) then
      n = n / 2
    else
      n = n * 3 + 1
    end if
    length = length + 1
    if(present(seqArray)) seqArray(length) = n
  end do
end subroutine

变量n显然是可变的，因为其状态在循环中发生了变化。同样，数组seqArray是可变的，它既是子例程的输入
和

输出，又是子例程更改数组的状态。因此，此子例程未定义纯函数，而是使用“状态改变和可变数据”，纯函数语言的定义禁止使用此子例程。因此，子例程hs实际上没有定义“数学函数”，即使其执行的计算实际上是mathematical。

命令式编程

Imperative programming是：

...一种编程范例，它使用更改程序状态的语句。 ...命令式程序由计算机执行的命令组成。

上面显示的Fortran子例程符合这两个定义：它使用语句或命令来更改计算机执行的程序状态。因此，Fortran是命令式编程语言。

请注意，与Wikipedia的“纯功能”定义不同，即使不以这种方式进行

全部计算

，语言也可能是必须的。因此，尽管在Fortran中编写纯函数（通过更改程序的状态无法正常工作）是[[possible，但是Fortran势在必行。也许不是“绝对必要”。““什么”与“如何”

“这意味着fortran仅描述了“如何”做某事，而不是“它试图做的是什么？”

人们常说命令式程序是说“应该”完成计算的程序，而声明式程序只说“应该做什么”。甚至维基百科says so：

即时编程着重于描述程序的[[如何

操作。

该术语通常与声明性编程相反，声明性编程侧重于程序应完成的[[what而未指定

how程序应达到的结果。

那么，Fortran代码是描述程序应如何“执行”某事或应完成“什么”？

[C0之类的语句是告诉计算机执行某项操作的命令；在计算机执行命令之前有一个程序状态，此后又有一个不同的程序状态。语句n = n / 2还告诉计算机“如何”执行命令：将n = n / 2的当前值除以2，然后将结果存储在变量n中。因此，根据“如何” /“什么”的区别，Fortran是命令性的，而不是声明性的。

但是您可能会争论：n表示我们想要实现的目标；一个新的程序状态，其中n = n / 2保持旧状态的值除以2。然后您会说对了，它的确如此，至少对于阅读它的人而言。这表明，“如何” /“什么”的区分太模糊，以至于不能用作定义来确定一种语言是命令式还是声明式的定义。这只是这些范例之间的松散描述对比，而不是任何一个范例的定义。要确定一种语言是强制性语言还是纯功能性语言，还是其他任何范式，您应该参考该范式的可服务定义。