2.2.2 使用不可变数据结构

函数程序表示数据，使用数据结构，我们会在第五、七章讨论数据结构。虽然数据结构的概念通常更简单，但是，我们现在要讨论复合数据类型，比如 C# 值类型，或类。从第一章我们知道，函数编程中的数据结构是不可变的。

不可变数据结构的概念，逻辑上可以从不可变值绑定的概念推导出来。典型的数据结构包含字段声明。如果我们不可变性的概念从变量声明扩展到字段声明，就能得出一切都是不可变的。在 C# 中，不可变类字段要使用 readonly 限定符，而 F# 中所有的数据结构都是不可变的，是默认情况。F# 并不是严格的函数语言，因此，它也可以创建可变类型。

此刻，我们知道如何使用不可变的数据结构，以及如何在 C# 中创建不可变类。使用这种数据结构的类的方法或函数，不能修改结构的状态，唯一可以做的就是返回值，使用这种数据结构的所有操作，结果只能返回新值。C# 中的字符串类型的行为就是如此，str.Substring(0, 5) 的结果会得到一个新的字符串，原来的字符串保持不变。

我们在第一章曾提到过，函数代码常常写成表达式，而不是语句序列。对代码的这种不同理解，使程序更具声明性，因此，使用不可变数据结构也支持函数风格。假设我们有一个类表示函数式集合，它有一个创建空列表的操作，另一个将数字“添加”到列表的操作。因为列表是不可变的，添加元素不能改变原来的列表；相反，操作会返回新的列表，其中包含原始列表的项目和新添加的元素。如果我们想要创建一个列表，并添加元素，代码可以这样写：

var res =ImmutableList.Empty<int>().Add(1).Add(3).Add(5).Add(7);

如果用可变列表，实现同样的功能，我们必须创建列表，然后通过调用命令式的 Add 方法对列表进行修改。结果，要写一个变量声明和四个语句（源代码总数可能会是五行）。这个示例表明，不可变数据结构通常有助于写出更简洁的代码。当然，命令式语言也有办法达到类似的效果，但是，用函数风格不需要额外的付出。

到目前为止，我们已经知道函数语言使用不可变的数据结构和不可变的值，而不是可变的变量。可以想象一下，不使用传统的变量和赋值运算，如何写出一些非常简单的程序。但是，一旦开始思考更复杂的问题，事情会变得困难，直到你的世界观改变为止。在下一节，我们会看到如何用函数风格实现更为复杂的计算。