Función pura

En programación informática , una función pura es una función que tiene las siguientes propiedades: ^{[ 1 ] [ 2 ]}

1. Los valores de retorno de la función son idénticos para argumentos idénticos (sin variación con variables estáticas locales , variables no locales , argumentos de referencia mutables o flujos de entrada , es decir, transparencia referencial ), y
2. La función no tiene efectos secundarios (no modifica variables no locales, argumentos de referencia mutables ni flujos de entrada/salida).

La E/S es inherentemente impura: las operaciones de entrada socavan la transparencia referencial y las de salida generan efectos secundarios. Sin embargo, en cierto sentido, una función puede realizar operaciones de entrada o salida y seguir siendo pura si la secuencia de operaciones en los dispositivos de E/S relevantes se modela explícitamente como argumento y resultado, y se considera que las operaciones de E/S fallan cuando la secuencia de entrada no describe las operaciones realizadas desde que comenzó la ejecución del programa.

El segundo punto garantiza que la única secuencia utilizable como argumento debe cambiar con cada acción de E/S; el primero permite que diferentes llamadas a una función que realiza operaciones de E/S devuelvan resultados diferentes debido a que los argumentos de la secuencia han cambiado. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La mónada de E/S es un modismo de programación que se utiliza habitualmente para realizar operaciones de entrada/salida en lenguajes puramente funcionales.

Los resultados de una función pura se pueden almacenar en caché en una tabla de búsqueda. Cualquier resultado que devuelva una función determinada se almacena en caché, y la próxima vez que se llame a la función con los mismos parámetros de entrada, se devolverá el resultado almacenado en caché en lugar de volver a calcular la función.

La memorización se puede realizar envolviendo la función en otra función ( función contenedora ). ^{[ 5 ]}

Mediante la memorización, se puede reducir el esfuerzo computacional que implican los cálculos de la propia función, a costa de la sobrecarga que supone la gestión de la caché y un aumento de los requisitos de memoria.

Un programa en C para el cálculo en caché del factorial ( assert()se interrumpe con un mensaje de error si su argumento es falso; en una máquina de 32 bits, fact(12)no se pueden representar valores más allá de ese valor. ^{[ 6 ]} )

static int fact ( int n ) { return n <= 1 ? 1 : fact ( n - 1 ) * n ; }int fact_wrapper ( int n ) { static int cache [ 13 ]; assert ( 0 <= n && n < 13 ); if ( cache [ n ] == 0 ) cache [ n ] = fact ( n ); return cache [ n ]; }

Las funciones que poseen únicamente la propiedad 2 mencionada anteriormente —es decir, que no tienen efectos secundarios— permiten técnicas de optimización del compilador, como la eliminación de subexpresiones comunes y la optimización de bucles similar a la de los operadores aritméticos. ^{[ 7 ]} Un ejemplo en C++ es el lengthmétodo que devuelve el tamaño de una cadena, el cual depende del contenido de la memoria a la que apunta la cadena, por lo que carece de la propiedad 1 mencionada anteriormente. Sin embargo, en un entorno de un solo hilo , el siguiente código C++

std :: string s = "¡Hola, mundo!" ; int a [ 10 ] = { 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 }; int l = 0 ;for ( int i = 0 ; i < 10 ; ++ i ) { l += s . length () + a [ i ]; }

se puede optimizar de tal manera que el valor s.length()se calcule solo una vez, antes del bucle.

Algunos lenguajes de programación permiten declarar una propiedad pura a una función:

• En Fortran y D, la purepalabra clave se puede usar para declarar una función que no tenga efectos secundarios (es decir, que solo tenga la propiedad 2 anterior). ^{[ 8 ]} El compilador puede deducir la propiedad 1 a partir de la declaración. ^{[ 9 ]} Véase también: Características del lenguaje Fortran 95 §  Procedimientos puros .
• En GCC , el pureatributo especifica la propiedad 2, mientras que el constatributo especifica una función verdaderamente pura con ambas propiedades. ^{[ 10 ]}
• Los lenguajes que ofrecen ejecución de funciones en tiempo de compilación pueden requerir que las funciones sean puras, a veces con la adición de otras restricciones. Ejemplos incluyen constexprC++ (ambas propiedades). ^{[ 11 ]} Véase también: C++11 §  constexpr – Expresiones constantes generalizadas .

Dado que las funciones puras tienen valores de retorno idénticos para argumentos idénticos , son muy adecuadas para las pruebas unitarias .

• Ejecución de funciones en tiempo de compilación : la evaluación de funciones puras en tiempo de compilación. 
• Algoritmo determinista : Algoritmo que, dada una entrada particular, siempre producirá la misma salida. 
• Idempotencia – Propiedad de las operaciones por la cual pueden aplicarse varias veces sin cambiar el resultado. 
• Cálculo lambda – Sistema matemático-lógico 
• Estructura de datos puramente funcional : estructura de datos implementable en lenguajes puramente funcionales. 
• Reentrada (informática) : Ejecutar una función simultáneamente sin interferir con otras invocaciones.