[functional-programming] 참조 투명성은 무엇입니까?

“참조 투명성”이라는 용어는 분석 철학 , 논리 및 수학의 방법에 기초하여 자연어 구성, 진술 및 인수를 분석하는 철학의 지점 에서 유래 합니다. 다시 말해, 컴퓨터 과학 이외의 언어 는 우리가 프로그래밍 언어 의미론에 가장 가까운 주제 입니다. 철학자 윌러드 퀸 (Willard Quine) 은 참조 투명성의 개념을 시작하는 책임을 맡았지만 베르트랑드 러셀 (Bertrand Russell)과 알프레드 화이트 헤드 (Alfred Whitehead)의 접근에도 암시 적이었다.

핵심적으로 “참조 투명성”은 매우 간단하고 명확한 아이디어입니다. “참조”라는 용어는 분석 철학에서 표현 이 말하는 것에 대해 이야기하는 데 사용 됩니다 . 프로그래밍 언어 의미에서 “의미”또는 “표시”가 의미하는 것과 거의 같습니다. Andrew Birkett의 예제 ( 블로그 게시물 )를 사용하여 “스코틀랜드의 수도”라는 용어는 에든버러시를 나타냅니다. 이것이 “참조”의 간단한 예입니다.

해당 문맥의 용어를 동일한 엔티티 를 나타내는 다른 용어로 대체해도 의미가 바뀌지 않으면 문장의 문맥은 “참조 적으로 투명”합니다 . 예를 들어

스코틀랜드 의회는 스코틀랜드의 수도에서 만납니다.

와 같은 의미

스코틀랜드 의회는 에든버러에서 열린다.

따라서 “스코틀랜드 의회는 …에서 만나다”라는 문맥은 참조 적으로 투명한 맥락입니다. 의미를 바꾸지 않고 “스코틀랜드의 수도”를 “에든버러”로 바꿀 수 있습니다. 다른 말로 표현하자면, 문맥은 그 용어가 무엇을 의미하는지에 대해서만 관심을 갖습니다. 그것이 문맥이 “참조 적으로 투명”하다는 의미입니다.

반면에, 문장에서

에든버러는 1999 년부터 스코틀랜드의 수도였습니다.

우리는 그러한 교체를 할 수 없습니다. 우리가 그렇게한다면, “에딘버러는 1999 년부터 에든버러였습니다.”라는 말을들을 수있을 것입니다. 따라서 “에딘버러는 1999 년 이래로 …”라는 문맥이 참조 적으로 불투명 한 것 같습니다 (참조 적으로 투명한 것과 반대). 그것은 용어가 말하는 것보다 더 많은 것에 관심 이 있습니다. 무엇입니까?

“스코틀랜드의 수도”와 같은 것은 명확한 용어 로 불리며 오랫동안 논리 학자와 철학자들에게 적은 양의 고통을주지 않았습니다. Russell과 Quine은 그들이 실제로 “참조 적”이 아니라고 말하면서 그것들을 정리했다. 즉, 위의 예들이 실체를 언급하는데 사용되었다고 생각하는 것은 잘못이다. “에딘버러는 1999 년 이래로 스코틀랜드의 수도였습니다.”를 이해하는 올바른 방법은

스코틀랜드는 1999 년부터 수도를 보유하고 있으며 그 수도는 에든버러입니다.

이 문장은 너트로 변환 될 수 없습니다. 문제 해결됨! Quine의 요점은 자연어는 실제 사용에 편리하도록 만들어 졌기 때문에 복잡하거나 적어도 복잡하다고 말했지만 철학자와 논리학자는 올바른 방식으로 이해함으로써 명확성을 가져와야합니다. 참조 투명성은 의미를 명확하게하기 위해 사용되는 도구 입니다.

이 모든 것이 프로그래밍과 관련이 있습니까? 실제로는별로 없습니다. 우리가 말했듯이, 참조 투명성은 언어를 이해하는 데, 즉 의미 를 할당 하는 데 사용되는 도구 입니다. 프로그래밍 언어 시맨틱 분야를 설립 한 Christopher Strachey 는이를 의미 연구에 사용했습니다. 그의 기본 논문 인 ” 프로그래밍 언어의 기본 개념 “은 웹에서 구할 수 있습니다. 그것은 아름다운 종이이며 모두가 읽고 이해할 수 있습니다. 그러니 제발 그렇게 해주세요 당신은 많이 깨달을 것입니다. 그는이 단락에서 “참조 투명성”이라는 용어를 소개합니다.

식의 가장 유용한 속성 중 하나는 Quine 참조 투명성에 의해 호출되는 것입니다. 본질적으로 이것은 하위 표현식을 포함하는 표현식의 값을 찾으려면 하위 표현식에 대해 알아야 할 것은 그 값뿐입니다. 내부 구조, 구성 요소의 수 및 특성, 평가 순서 또는 작성되는 잉크의 색상과 같은 하위 표현의 다른 기능은 기본 값과 관련이 없습니다. 표현.

“본질적으로”의 사용은 Strachey가 간단한 용어로 설명하기 위해 그것을 변형시키고 있음을 시사합니다. 기능 프로그래머는이 단락을 자신의 방식으로 이해하는 것 같습니다. 이 논문에는 “참조 투명성”이 9 가지나 있지만 다른 것에 대해서는 신경 쓰지 않는 것 같습니다. 실제로 Strachey의 전체 논문은 명령형 프로그래밍 언어 의 의미를 설명하는 데 전념하고 있습니다 . 그러나 오늘날 기능 프로그래머는 명령형 프로그래밍 언어가 그렇지 않다고 주장합니다. 참조 적으로 투명 . Strachey는 그의 무덤에서 돌고있을 것입니다.

상황을 구할 수 있습니다. 우리는 자연어는 실제 사용하기 편리하도록 만들어 졌기 때문에 “지저분하거나 복잡하다”고 말했다. 프로그래밍 언어는 같은 방식입니다. 그것들은 실제 사용에 편리하도록 만들어 졌기 때문에 “지저분하거나 적어도 복잡하다”. 그렇다고 그들이 우리를 혼동해야한다는 의미는 아닙니다. 의미가 명확하도록 참조가 투명한 메타 언어를 사용하여 올바른 방식으로 이해해야합니다. 내가 인용 한 논문에서 Strachey는 정확히 그렇게합니다. 그는 명령형 프로그래밍 언어를 기본 개념으로 세분화하여 어디에서나 명확성을 잃지 않도록하여 프로그래밍 언어의 의미를 설명합니다. 그의 분석에서 중요한 부분은 프로그래밍 언어의 표현식에는 두 가지 종류의 “값”이 있다는 점을 지적하는 것입니다.r- 값 . Strachey의 논문이 있기 전에, 이것은 이해되지 않았고 혼란이 최고를 지배했다. 오늘날 C의 정의는 일상적으로 C를 언급하며 모든 C 프로그래머는 그 차이를 이해합니다. (다른 언어로 된 프로그래머가 그것을 잘 이해하기는 어렵습니다.)

Quine과 Strachey는 어떤 형태의 상황 의존성을 수반하는 언어 구성의 의미에 관심을 가졌습니다. 예를 들어, “에딘버러는 1999 년 이후 스코틀랜드의 수도였습니다”라는 예는 “스코틀랜드의 수도”가 고려되는 시간에 의존한다는 사실을 나타냅니다. 이러한 상황 의존성은 자연 언어와 프로그래밍 언어 모두에서 현실입니다. 함수형 프로그래밍에서도 자유 변수와 바운드 변수는 변수가 나타나는 컨텍스트와 관련하여 해석됩니다. 어떤 종류의 컨텍스트 종속성은 어떤 방식 으로든 참조 투명성을 차단합니다. 용어가 의존하는 문맥에 관계없이 용어의 의미를 이해하려고하면 혼동이 생길 수 있습니다. Quine는 모달 논리의 의미에 관심이있었습니다. 그는 그것을 개최모달 로직 은 참조 용으로 불투명했으며 참조 용으로 투명한 프레임 워크로 변환하여 정리해야합니다 (예 : 필요에 따라 가능성으로 간주). 그는이 논쟁을 크게 잃었다. 논리 학자와 철학자들은 모두 Kripke의 가능한 세계 의미론이 완벽하게 적합하다는 것을 발견했습니다. 비슷한 상황은 명령형 프로그래밍과도 관련이 있습니다. Strachey에 의해 설명 된 국가 의존성과 Reynolds에 의해 설명 된 상점 의존성 (Kripke의 가능한 세계 의미와 유사한 방식)은 완벽하게 적합합니다. 기능 프로그래머는이 연구에 대해 잘 모릅니다. 참조 투명성에 대한 그들의 아이디어는 큰 소금 알갱이로 취해야합니다.

[추가 정보 : 위의 예는 “스코틀랜드의 수도”와 같은 간단한 문구가 여러 수준의 의미를 가짐을 보여줍니다. 한 수준에서, 우리는 현재의 수도에 대해 이야기하고있을 것입니다. 다른 차원에서, 우리는 스코틀랜드가 시간이 지남에 따라 가질 수 있었던 모든 가능한 수도에 대해 이야기 할 수 있습니다. 우리는 특정 상황을“확대”하고“확대”하여 일반적인 상황에서 모든 문맥을 아주 쉽게 확장 할 수 있습니다. 자연어의 효율성은 그렇게하는 우리의 능력을 활용합니다. 명령형 프로그래밍 언어는 거의 같은 방식으로 효율적입니다. 과제의 오른쪽에 변수 x 를 사용하여 ( r-value ) 특정 상태에서의 값에 대해 이야기 할 수 있습니다. 또는 우리는 그것의 l- 값에 대해 이야기 할 수 있습니다이는 모든 주에 걸쳐 있습니다. 사람들은 그런 것들로 혼동되는 경우가 거의 없습니다. 그러나 언어 구성에 내재 된 모든 의미의 계층을 정확하게 설명 할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다. 그러한 의미의 모든 층이 반드시 ‘분명한’것은 아니며 그것들을 올바르게 연구하는 것은 과학의 문제입니다. 그러나 이러한 계층 적 의미를 설명하는 평범한 사람들의 인공 지능은 그들이 그들에 대해 혼동한다는 것을 의미하지는 않는다.]

아래의 별도의 “postscript”는이 논의를 기능적 및 명령형 프로그래밍과 관련이 있습니다 .

답변

int plusOne(int x)
{
  return x+1;
}

//global G
int G = 10;

int plusG(int x)
{//G can be modified externally returning different values.
  return x + G;
}