cod*_*y99 3 paradigms fortran programming-languages functional-programming fortran90
我知道有些语言在编程中结合了许多不同范式的元素。有人告诉我 Fortran 是函数式语言的一个例子，但是我对它是否是纯函数式有点困惑，因为它似乎主要用于数学函数，但是我也读到它是也可以将面向对象的编程应用于 Fortran，那么它是某种混合吗？
“我对它是否是纯函数有点困惑，因为它似乎主要用于数学函数”
这似乎是对“纯函数”一词含义的误解，也可能是对“数学函数”一词含义的误解。
甲数学函数是输入和输出之间的映射：
在数学中，函数是集合之间的关系，它与第一个集合的每个元素恰好关联到第二个集合的一个元素。
在编程语言的上下文中，函数的输入是它的参数，输出是它的返回值，例如像这样的函数
def greeting(name):
return 'Hello, ' + name
在 Python 中被认为是一个数学函数，而像这样的函数
def print_square(x):
print(x ** 2)
return None
不被视为数学函数。这里要注意，计算是否是数学性质的与它是否是数学意义上的函数无关；print_square做一些算术，这更像是数学而不是什么greeting。但greeting是一个数学函数，print_square而不是。
greeting是一个数学函数，因为它是从字符串集到字符串集的映射，并且该函数可以通过什么输入与什么输出相关联来描述。完整地写出映射需要无限多的行，但映射是这样的：
'Alice' ? 'Hello, Alice'
'Bob' ? 'Hello, Bob'
'Charles' ? 'Hello, Charles'
'####' ? 'Hello, ####'
'' ? 'Hello, '
...
第一个集合（即所有字符串的集合）中的每个元素都与第二个集合中的一个元素相关联，因此greeting满足数学函数的定义。
相比之下，print_square不是数学函数，因为它不能通过从输入到输出的映射来描述：
12 ? None
4 ? None
...
这些映射（从整数集到集{None}）没有正确定义什么print_square，即它计算输入的平方并将其打印到控制台。
为了避免与“进行数学运算的函数”混淆，最好使用计算术语“纯函数”：
...纯函数是数学函数的计算模拟。
因此，为了解决您关于 Fortran “似乎主要用于数学函数”的评论，Fortran 主要用于进行数学计算，但这不是“数学函数”的意思。
一个纯粹的函数编程语言是一个所有的计算是由纯函数来完成：
在计算机科学中，纯函数式编程通常指定一种编程范式……将所有计算视为对数学函数的评估。纯函数式编程也可以通过禁止改变状态和可变数据来定义。
请注意，编程语言仅允许您编写纯函数是不够的；这个定义说所有的计算都必须由纯函数完成，这样语言才有资格成为纯函数。
Fortran 是一种纯函数式语言吗？不它不是。Fortran 中的子程序可以根据输入和输出之间的映射进行返回值以外的操作；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，因为它的状态在循环中改变。此外，数组seqArray是可变的，它既是子例程的输入也是输出，子例程会更改数组的状态。所以这个子程序没有定义纯函数，它使用了“变化状态和可变数据”，这是纯函数语言的定义所禁止的。
所以子程序hs没有定义“数学函数”，即使它执行的计算本质上是数学的。
命令式编程是：
... 一种使用语句改变程序状态的编程范式。...命令式程序由计算机执行的命令组成。
上面显示的 Fortran 子例程满足这两个定义：它使用语句或命令来更改计算机执行的程序状态。所以 Fortran 是一种命令式编程语言。
请注意，与维基百科对“纯函数式”的定义不同，一种语言即使不以这种方式进行所有计算，也可以是命令式的。因此，尽管可以在 Fortran 中编写不能通过更改程序状态来工作的纯函数，但 Fortran 是必不可少的；只是也许不是“绝对必要的”。
“这意味着 Fortran 只描述了'如何'做某事，而不是它试图做的'什么'？”
人们常说，命令式程序说明计算应该“如何”完成，而声明式程序只说明“应该做什么”。连维基百科都这么说：
命令式编程侧重于描述程序如何运行。
该术语通常与声明式编程形成对比，声明式编程侧重于程序应该完成什么，而不指定程序应该如何实现结果。
那么 Fortran 代码是描述程序应该“如何”做某事，还是它应该完成“什么”？
语句 liken = n / 2是告诉计算机做某事的命令；在计算机执行命令之前有一个程序状态，之后有一个不同的程序状态。该语句n = n / 2还告诉计算机“如何”执行命令：将 的当前值n除以 2，并将结果存储在变量 中n。所以根据“如何”/“什么”的区别，Fortran 是命令式的，而不是声明式的。
但是你可能会争辩说：n = n / 2说出我们想要实现的“什么”；一个新的程序状态，其中n保留旧状态的值，除以 2。你是对的，它确实这么说，至少对阅读它的人来说是这样。
这表明“如何”/“什么”的区别太模糊，无法用作决定语言是命令式还是声明式的定义。它的意思是作为这些范式之间的松散描述的对比，而不是作为任一范式的定义。要确定一种语言是命令式的还是纯函数式的，或者在任何其他范式中，您应该参考该范式的有用定义。