что такое побочный эффект функции
Побочный эффект (программирование)
Побо́чный эффе́кт функции — возможность в процессе выполнения своих вычислений: читать и модифицировать значения глобальных переменных, осуществлять операции ввода/вывода, реагировать на исключительные ситуации, вызывать их обработчики. Если вызвать функцию с побочным эффектом дважды с одним и тем же набором значений входных аргументов, может случиться так, что в качестве результата вычислятся разные значения. Такие функции называются недетерминированными функциями с побочными эффектами.
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Побочный эффект (программирование)» в других словарях:
Побочный эффект — Побочный эффект не основные, дополнительные (как желательные, так и нежелательные) последствия. Побочный эффект (медицина) (англ. Adverse effect) как правило, выражение употребляется по отношению к лекарственным средствам Побочный… … Википедия
Функция (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. функция. Функция в программировании это поименованная часть программы, которая может вызываться из других частей программы столько раз, сколько необходимо. Функция, в отличие от… … Википедия
Чистота функции — В функциональных языках программирования, чистая функция, это функция, которая: является детерминированной; не обладает побочными эффектами. Наличие только одного из свойств недостаточно, для того чтобы функция была чистой. Содержание 1… … Википедия
Детерминированный алгоритм — Детерминированный алгоритм алгоритмический процесс, который выдаёт уникальный и предопределённый результат для заданных входных данных. Содержание 1 Недетерминированный алгоритм 2 Использование … Википедия
Thread-safety — Потоковая безопасность (англ. thread safety) это концепция программирования, применимая к многопоточным программам. Код потоково безопасный, если он функционирует корректно при использовании из нескольких потоков одновременно. В частности,… … Википедия
П — Пааше индекс [Paasche price index] Пагамент (Payment in cash) Пай (share, stock, stake) Пакет акций (interest, stock ) Пакетный множитель (blockage factor) … Экономико-математический словарь
Побочные эффекты
Побочные эффекты
Побочный эффект выражается в неявном изменении значения переменной в процессе вычисления выражения. Все операции присваивания могут вызывать побочный эффект. Вызов функции, в которой изменяется значение какой-либо внешней переменной, либо путем явного присваивания, либо через указатель, также имеет побочный эффект.
Порядок вычисления выражения зависит от реализации компилятора, за исключением случаев, в которых явно гарантируется определенный порядок вычислений (см. раздел 4.5). При вычислении выражения в языке Си существуют так называемые контрольные точки. По достижении контрольной точки все предшествующие вычисления, в том числе все побочные эффекты, гарантированно произведены. Контрольными точками являются операция последовательного вычисления, условная операция, логические операции И и ИЛИ, вызов функции. Другие контрольные точки:
—конец полного выражения (т.е. выражения, которое не является частью другого выражения);
—конец инициализирующего выражения для переменной класса памяти auto;
—конец выражений, управляющих выполнением операторов if, switch, for, do, while и выражения в операторе return. Приведем примеры побочных эффектов:
Аргументы вызова функции add могут быть вычислены в любом порядке. Выражение i+1 может быть вычислено перед выражением i=j+2, или после него, с различным результатом в каждом случае.
Унарные операции инкремента и декремента также содержат в себе присваивание и могут быть причиной побочных эффектов, как это показано в следующем примере:
Неизвестно, какое значение будет присвоено элементу а[0] — нуль или единица, поскольку для операции присваивания порядок вычисления аргументов не оговаривается.
Читайте также
10. Трюки и эффекты
10. Трюки и эффекты На вопрос: «Какую операционную систему вы считаете самым сильным конкурентом Windows Vista?» представители Microsoft достаточно самоуверенно ответили: «Windows XP SP2».Каждая новая версия Windows создает ажиотаж во всех сферах информационных технологий. Техническая
Часть III. ЭФФЕКТЫ
Часть III. ЭФФЕКТЫ В этой части мы будем говорить об эффектах (они же стили). На первый взгляд кажется, что название новое, и мы с ним еще не встречались, но это не так. Достаточно вспомнить такие эффекты, как Bevel and Emboss (Фаска и рельеф) и Gradient Overlay (Наложение градиента). Но если
Специальные эффекты
Специальные эффекты Adobe InDesign также умеет создавать интересные и полезные эффекты, которые мы можем использовать при оформлении текста. По сути, здесь мы снова сталкиваемся с взаимопроникновением программ фирмы Adobe, поскольку данные эффекты «заимствованы» из программы
Оптические эффекты
Оптические эффекты Оптические эффекты выступают как часть процесса визуализации, позволяя повысить реалистичность трехмерных сцен. Доступ к группе оптических эффектов можно получить при помощи вкладки Effects (Эффекты) окна Environment and Effects (Окружающая среда и эффекты) (рис.
Визуальные эффекты
Глава 8 Эффекты
Глава 8 Эффекты Эффекты – это специальные средства, позволяющие преобразовать некоторые элементы изображения, они могут применяться в отношении отдельных элементов, а также в отношении слоев целиком. Эффекты дают возможность зрительно выделять контуры элемента,
Стили и эффекты
Стили и эффекты Этим возможности программы Excel по работе с графическими изображениями не ограничиваются. Вы можете придать рисунку особый стиль с помощью библиотеки готовых стилей и эффектов, а также изменить геометрическую форму рисунка.Сначала изменим геометрическую
Эффекты анимации
Эффекты анимации Если бы мы работали в Word или Publisher, то на этом, собственно, пришлось бы и остановиться – что можно сделать с неподвижной картинкой? Но слайду в PowerPoint совершенно нет нужды быть неподвижным! Напротив, ему это в корне противопоказано.Надписи, картинки и прочие
Эффекты изменений
Эффекты изменений Однажды вызванный запрос к триггеру или хранимой процедуре сохраняется в кэше метаданных, пока существуют клиентские соединения с базой данных, независимо от того, использует ли какой-нибудь клиент этот триггер или хранимую процедуру. Не существует
Неожиданные эффекты
Неожиданные эффекты SQL позволяет.одному и тому же получателю прав получать одни и те же полномочия из различных источников, даже если предоставляемые права уже есть у получателя. Каждый раз, когда один пользователь расширяет у другого пользователя права передавать
Звуковые эффекты
Введение в эффекты
Введение в эффекты В программе доступно более 40 специальных эффектов и преобразователей звука. Все эффекты можно разделить на группы.• Эффекты эха – создают эффекты, добавляющие эхо.• Эффекты высоты тона – создают эффекты звучания, основанные на изменении высоты
Звуковые эффекты
Звуковые эффекты В программе Studio также реализовано несколько звуковых эффектов, некоторые из которых могут оказаться весьма полезными. Для применения эффектов к выделенному аудиоклипу используется инструмент Добавление аудиоэффектов (последний в
7.4. Побочные электромагнитные излучения
7.4. Побочные электромагнитные излучения Говоря о многоуровневой защите, нельзя не упомянуть о таком явлении, как утечка информации посредством паразитного электромагнитного излучения.Представьте себе такую ситуацию: ваша компания оперирует с информацией закрытого
Простейшие эффекты
Простейшие эффекты Начнем мы с создания самых простых эффектов. Всего их два: клонирование выделенного экземпляра по ячейкам воображаемой сетки и его анимированное
Звуковые эффекты
Звуковые эффекты Звуковые эффекты добавляют звучанию особый колорит, а иногда меняют звук до неузнаваемости.Задержка сигналовК эффектам, основанным на задержке сигнала, относятся следующие:• дилэй (от англ. delay – задержка);• реверберация (от англ. reverberation –
Борьба с грязными побочными эффектами в чистом функциональном JavaScript-коде
Если вы пробуете свои силы в функциональном программировании, то это значит, что вы довольно скоро столкнётесь с концепцией чистых функций. Продолжая занятия, вы обнаружите, что программисты, предпочитающие функциональный стиль, похоже, прямо-таки одержимы этими функциями. Они говорят о том, что чистые функции позволяют рассуждать о коде. Они говорят, что чистые функции — это сущности, которые вряд ли будут работать настолько непредсказуемо, что приведут к термоядерной войне. Ещё вы можете узнать от таких программистов, что чистые функции обеспечивают ссылочную прозрачность. И так — до бесконечности.
Кстати, функциональные программисты правы. Чистые функции — это хорошо. Но есть одна проблема…
Проблема чистых функций
Чистая функция — это функция, не имеющая побочных эффектов (на самом деле, это — не полное определение чистой функции, но мы к такому определению ещё вернёмся). Однако если вы хоть что-то понимаете в программировании, то вы знаете, что самое важное здесь как раз таки и заключается в побочных эффектах. Зачем вычислять число Пи до сотого знака после запятой, если никто это число не сможет прочесть? Для того чтобы вывести что-то на экран или распечатать на принтере, или представить в каком-то другом виде, доступном для восприятия, нам нужно вызвать из программы подходящую команду. А какая польза от баз данных, если в них ничего нельзя записывать? Для обеспечения работы приложений нужно считывать данные из устройств ввода и запрашивать информацию из сетевых ресурсов. Всё это нельзя сделать без побочных эффектов. Но, несмотря на такое положение дел, функциональное программирование построено вокруг чистых функций. Как же программистам, которые пишут программы в функциональном стиле, удаётся решить этот парадокс?
Если ответить на этот вопрос в двух словах, то функциональные программисты делают то же, что и математики: они жульничают. Хотя, несмотря на это обвинение, надо сказать, что они, с технической точки зрения, просто следуют определённым правилам. Но они находят в этих правилах лазейки и расширяют их до невероятных размеров. Делают они это двумя основными способами:
Внедрение зависимостей
Внедрение зависимостей — это первый метод работы с побочными эффектами. Используя этот подход, мы берём всё, что загрязняет код, и выносим это в параметры функции. Затем мы можем рассматривать всё это как нечто, входящее в сферу ответственности какой-то другой функции. Поясню это на следующем примере:
Тут хотелось бы сделать примечание для тех, кто знаком с сигнатурами типов. Если бы мы строго придерживались правил, то нам надо было бы учесть здесь и побочные эффекты. Но мы займёмся этим позже.
У функции logSomething() есть две проблемы, не позволяющие признать её чистой: она создаёт объект Date и что-то выводит в консоль. То есть, наша функция не только выполняет операции ввода-вывода, она ещё и выдаёт, при её вызове в разное время, разные результаты.
Как сделать эту функцию чистой? С помощью техники внедрения зависимостей мы можем взять всё, что загрязняет функцию и сделать это параметрами функции. В результате, вместо того, чтобы принимать один параметр, наша функция будет принимать три параметра:
Теперь, для того, чтобы вызвать функцию, нам надо самостоятельно передавать ей всё, что её до этого загрязняло:
Тут вы можете подумать, что всё это — глупость, что мы лишь переместили проблему на один уровень вверх, а это не добавило чистоты нашему коду. И знаете, это — правильные мысли. Это — лазейка в чистом виде.
Это похоже на притворную безграмотность: «Я и не знал, что вызов метода log объекта cnsl приведёт к выполнению оператора ввода-вывода. Мне просто это кто-то передал, а я знать не знаю, откуда всё это взялось». Такое отношение к делу — это неправильно.
Кроме того, важно отметить, что мы можем передавать нашей функции, которая раньше не отличалась чистотой, другие функции. Взглянем на другой пример. Представим, что в некоей форме имеется имя пользователя и нам нужно получить значение соответствующего поля этой формы:
Если надо, мы можем выносить непредсказуемые механизмы на уровни, ещё более отдалённые от основной функции. В итоге мы можем вынести их, условно говоря, в «пограничные области» кода. Это приведёт к тому, что у нас будет тонкая оболочка из нечистого кода, которая окружает хорошо протестированное и предсказуемое ядро. Предсказуемость кода оказывается крайне ценным его свойством тогда, когда размеры проектов, создаваемых программистами, растут.
▍Недостатки механизма внедрения зависимостей
Используя внедрение зависимостей можно написать большое и сложное приложение. Я это знаю, так как сам написал такое приложение. При таком подходе упрощается тестирование, становятся чётко видны зависимости функций. Но внедрение зависимостей не лишено недостатков. Главный из них заключается в том, что при его применении могут получаться очень длинные сигнатуры функций:
На самом деле, это не так уж и плохо. Минусы таких конструкций проявляются в том случае, если некоторые из параметров нужно передавать неким функциям, которые очень глубоко вложены в другие функции. Выглядит это как необходимость передавать параметры через много уровней вызовов функций. Когда число таких уровней растёт, это начинает раздражать. Например, может возникнуть необходимость в передаче объекта, представляющего дату, через 5 промежуточных функций, при том, что ни одна из промежуточных функций этим объектом не пользуется. Хотя, конечно, нельзя сказать, что подобная ситуация — это нечто вроде вселенской катастрофы. К тому же, это даёт возможность чётко видеть зависимости функций. Правда, как бы там ни было, это всё равно не так уж и приятно. Поэтому рассмотрим следующий механизм.
▍Ленивые функции
Взглянем на вторую лазейку, которую используют приверженцы функционального программирования. Она заключается в следующей идее: побочный эффект — это не побочный эффект до тех пор, пока он не произойдёт на самом деле. Знаю, звучит это таинственно. Для того чтобы в этом разобраться, рассмотрим следующий пример:
Итак, перед нами пример нечистой функции. Она выводит данные в консоль и ещё является причиной ядерной войны. Однако вообразите, что нам нужен тот ноль, который эта функция возвращает. Представьте себе сценарий, в соответствии с которым нам надо что-то посчитать после запуска ракеты. Скажем, нам может понадобиться запустить таймер обратного отсчёта или что-то в этом роде. В данном случае совершенно естественным будет заранее подумать о выполнении вычислений. И мы должны позаботиться о том, чтобы ракета запустилась именно тогда, когда нужно. Нам не надо выполнять вычисления таким образом, чтобы они могли бы случайно привести к запуску этой ракеты. Поэтому подумаем над тем, что произойдёт, если мы обернём функцию fZero() в другую функцию, которая просто её возвращает. Скажем, это будет нечто вроде обёртки для обеспечения безопасности:
Есть ли у неё побочные эффекты? Мы только что выяснили, что вызов returnZeroFunc() не приводит к запуску ракет. Если не вызывать то, что возвращает эта функция, ничего не произойдёт. Поэтому мы можем заключить, что у этой функции нет побочных эффектов.
Является ли эта функция ссылочно прозрачной? То есть, всегда ли она возвращает одно и то же при передаче ей одних и тех же входных данных? Проверим это, воспользовавшись тем, что в вышеприведённом фрагменте кода мы вызывали эту функцию несколько раз:
Выглядит всё это хорошо, но функция returnZeroFunc() пока не вполне чиста. Она ссылается на переменную, находящуюся за пределами её собственной области видимости. Для того чтобы эту проблему решить, перепишем функцию:
Теперь функцию можно признать чистой. Однако в данной ситуации правила JavaScript играют против нас. А именно, мы больше не можем использовать оператор === для проверки ссылочной прозрачности функции. Происходит это из-за того, что returnZeroFunc() всегда будет возвращать новую ссылку на функцию. Правда, ссылочную прозрачность можно проверить, изучив код самостоятельно. Такой анализ покажет, что при каждом вызове функции она возвращает ссылку на одну и ту же функцию.
Перед нами — маленькая аккуратная лазейка. Но можно ли использовать её в реальных проектах? Ответ на этот вопрос положителен. Однако прежде чем поговорить о том, как пользоваться этим на практике, немного разовьём нашу идею. А именно, вернёмся к опасной функции fZero() :
Попытаемся воспользоваться тем нулём, который возвращает эта функция, но сделаем это так, чтобы (пока) ядерную войну не начинать. Для этого создадим функцию, которая берёт тот ноль, который возвращает функция fZero() и добавляет к нему единицу:
Вот незадача… Мы случайно начали ядерную войну. Попробуем снова, но в этот раз не будем возвращать число. Вместо этого вернём функцию, которая, когда-нибудь, возвратит число:
Теперь можно вздохнуть спокойно. Катастрофа предотвращена. Продолжим исследования. Благодаря этим двум функциям мы можем создать целую кучу «возможных чисел»:
Видите, что мы тут сделали? С «возможными числами» можно делать то же самое, что и с обычными числами. Математики называют это изоморфизмом. Обычное число всегда можно превратить в «возможное число», поместив его в функцию. Получить «возможное число» можно, вызвав функцию. Другими словами, у нас имеется маппинг между обычными числами и «возможными числами». Это, на самом деле, гораздо интереснее, чем может показаться. Скоро мы вернёмся к данной идее.
Вышеописанный приём с использованием функции-обёртки — это допустимая стратегия. Мы можем скрываться за функциями столько, сколько нужно. И, так как мы пока не вызывали ни одной из этих функций, все они, теоретически, являются чистыми. И войну никто не начинает. В обычном коде (не связанном с ракетами) нам, на самом деле, в итоге нужны побочные эффекты. Оборачивание всего, что нужно, в функции, позволяет нам с точностью контролировать эти эффекты. Мы сами выбираем время появления этих эффектов.
Функтор Effect
Теперь опишем функцию-конструктор для создания объектов типа Effect :
Так… Сейчас у нас нет возможности наблюдать за тем, что тут произошло. Поэтому давайте модифицируем Effect для того, чтобы, так сказать, получить возможность «спускать курок»:
Если будет нужно, мы можем продолжать вызывать функцию map() :
Вот здесь происходящее уже начинает становиться интереснее. Мы называем это «функтором». Всё это означает, что у объекта Effect есть функция map() и он подчиняется некоторым правилам. Однако это не такие правила, которые что-либо запрещают. Эти правила посвящены тому, что можно делать. Они больше похожи на привилегии. Так как объект Effect — это функтор, он подчиняется этим правилам. В частности это — так называемое «правило композиции».
Другими словами, два выполненных подряд метода map() эквивалентны композиции двух функций. Это означает, что объект типа Effect может выполнять действия, подобные следующему (вспомните один из вышеприведённых примеров):
Теперь предлагаю прекратить эксперименты с числами и поговорить о том, что больше похоже на код, используемый в реальных проектах.
▍Метод of()
Для того чтобы продемонстрировать ситуацию, в которой может пригодиться подобный метод, представим, что мы работаем над веб-приложением. У этого приложения есть некие стандартные возможности, скажем, оно может выводить список статей и сведения о пользователе. Однако расположение этих элементов в HTML-коде у разных пользователей нашего приложения различается. Так как мы привыкли принимать продуманные решения, мы решили хранить сведения о расположении элементов в глобальном конфигурационном объекте. Благодаря этому мы всегда сможем к ним обратиться. Например:
▍Создание структур из вложенных объектов Effect и раскрытие вложенных структур
Теперь, если нам нужно всё это объединить, мы можем воспользоваться функцией map() :
Хотя и это — тоже не вполне корректно. Скорее это будет выглядеть так:
Если раскрыть это выражение, то получится следующее:
Обратите внимание на то, что весь код, который выполняет реальные действия, находится в самой глубоко вложенной функции. Во внешний объект Effect он не попадает.
▍Метод join()
Эту функцию мы можем использовать для того, чтобы извлечь из вложенной конструкции элемент со сведениями о пользователе:
▍Метод chain()
Мы назвали эту новую функцию chain() из-за того, что она позволяет объединять операции, выполняемые над объектами Effect (на самом деле, мы так назвали её ещё и потому что стандарт предписывает называть подобную функцию именно так). Теперь наш код для получения внутреннего HTML-кода блока со сведениями о пользователе будет выглядеть так:
▍Комбинация объектов Effect
Пока всё выглядит нормально. Теперь давайте получим нужные данные:
Происходящее станет понятнее, если взглянуть на типы. Сигнатура типа для метода map() выглядит примерно так:
Вот сигнатура функции для работы с шаблонами:
Вышеприведённый пример с использованием функции liftA2() можно переписать так:
Зачем это всё?
Сейчас вы можете подумать о том, что для того, чтобы избежать побочных эффектов, требуются немалые усилия. Что это меняет? У вас может возникнуть ощущение, что упаковка сущностей в объекты Effect и возня с методом ap() предусматривают выполнение слишком больших объёмов сложной работы. Зачем это всё, если обычный код и так вполне нормально работает? И понадобится ли вообще нечто подобное в реальном мире?
Позволю себе привести тут одну известную цитату Джона Хьюза из этой статьи: «Функциональный программист смотрится как средневековый монах, отвергающий удовольствия жизни в надежде, что это сделает его добродетельным».
Рассмотрим вышеозначенные замечания с двух точек зрения:
▍О важности функциональной чистоты кода
Чистые функции — это важно. Если рассмотреть маленькую функцию в изоляции, то некоторая доля конструкций в ней, не позволяющих назвать её чистой, особого значения не имеет. Написать нечто вроде const pattern = window.myAppConfig.templates[‘greeting’]; быстрее и проще, чем писать, например, так:
И если это — всё, что вы когда либо делали в программировании, то первый вариант, и правда, проще и лучше. Побочные эффекты в таком случае значения не имеют. Однако это — всего одна строка кода, находящаяся в приложении, которое может содержать тысячи или даже миллионы строк. Функциональная чистота начинает приобретать куда большее значение, когда вы пытаетесь выяснить, почему приложение таинственным образом, и, как кажется, совершенно без причин, перестаёт работать. В подобной ситуации происходит нечто неожиданное, и вы пытаетесь разбить проблему на части и изолировать её причину. Чем больше кода вы сможете исключить из рассмотрения — тем лучше. Если ваши функции являются чистыми, это позволяет вам быть уверенным в том, что на их поведение влияет только то, что им передают. И это значительно сужает диапазон возможных причин ошибки, которые вам нужно рассмотреть.
Другими словами это позволяет вам тратить меньше усилий на размышления. Это крайне важно при отладке больших и сложных приложений.
▍Паттерн Effect в реальном мире
Скажем, у вас есть некие данные. Причём этих данных у вас довольно много. Это могут быть миллионы строк в виде текстовых CSV-файлов или огромные таблицы базы данных. Вы должны эти данные обработать. Возможно, вы, используя их, обучаете нейронную сеть для построения модели логического вывода. Возможно, вы пытаетесь предсказать следующее крупное движение на рынке криптовалют. На самом деле, цель обработки больших объёмов данных может быть какой угодно. Дело тут в том, что для того, чтобы достичь этой цели, требуется выполнить огромный объём вычислений.
Для того чтобы сделать это возможным, вам нужно сначала описать вычисления, которые вы хотите выполнить. Но описывать их нужно, не выполняя реального запуска таких вычислений. Ничего не напоминает? В идеале, после того, как вы создадите подобное описание, вы передаёте его некоему фреймворку. Этот фреймворк затем позаботится о чтении информации из хранилища и о распределении задач по узлам обработки данных. Затем тот же фреймворк соберёт результаты и сообщит вам о том, что получилось после выполнения вычислений.
Именно так работает опенсорсная библиотека TensorFlow, предназначенная для выполнения высокопроизводительных численных расчётов.
Используя TensorFlow, не применяют обычные типы данных языка программирования, на котором пишут приложение. Вместо этого создают так называемые «тензоры». Скажем, если нам надо сложить два числа, то выглядеть это будет так:
Итоги
Оба рассмотренных подхода — это своего рода жульничество. И тот и другой не позволяют избавиться от конструкций, нарушающих функциональную чистоту кода. Они лишь выносят подобные конструкции, так сказать, на периферию. Но это весьма полезно. Это позволяет чётко разделять код на чистый и нечистый. Возможность подобного разделения может дать программисту реальные преимущества в ситуациях, когда ему приходится отлаживать большие и сложные приложения.
Уважаемые читатели! Пользуетесь ли вы концепциями функционального программирования в своих проектах?