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好的，以下是 第4章：純函數與不可變性 的內容草稿：

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第4章：純函數與不可變性

純函數和不可變性是函數式編程的兩個核心概念。這些概念不僅有助於提升代碼的可預測性和可測試性，還能降低程序中的副作用，從而使代碼更加穩定和可維護。

4.1 什麼是純函數？

純函數（Pure Function）指的是一類具有以下特徵的函數：

1. 相同的輸入永遠會得到相同的輸出：純函數不依賴於外部的狀態或變量，它的輸出僅取決於它的輸入。
2. 沒有副作用：純函數不會修改任何外部狀態，也不會對程序其他部分產生影響。

4.1.1 純函數的範例

# 純函數範例
def add(x, y):
    return x + y

add 函數是純函數，因為對於相同的輸入，它始終會產生相同的輸出，並且沒有修改外部的狀態。

4.1.2 非純函數的範例

# 非純函數範例
total = 0

def add_to_total(x):
    global total
    total += x
    return total

add_to_total 函數不是純函數，因為它依賴於外部變量 total，並且每次調用都會修改這個變量的值，因此相同的輸入可能會產生不同的輸出。

4.2 為什麼要使用純函數？

使用純函數有許多優點：

• 可預測性：由於純函數始終對相同輸入給出相同的輸出，我們可以更容易地推斷和測試它的行為。
• 易於測試：純函數沒有副作用，因此測試時無需考慮外部狀態的變化。
• 易於並行處理：由於純函數不依賴共享狀態或修改外部狀態，這使得它們在多線程或並行處理中更加安全。

4.3 不可變性

不可變性（Immutability）是函數式編程中的另一個關鍵概念。不可變性指的是一旦創建，數據結構的內容就不能被更改。與此相對的是可變性，它允許在不創建新對象的情況下修改對象的內容。

4.3.1 Python 中的不可變數據類型

在 Python 中，一些內建的數據類型是不可變的，包括：

• 數字類型（如 int, float）
• 字符串（str）
• 元組（tuple）

# 不可變範例
x = 10
y = x
x = 20
print(y)  # 結果仍然是 10，因為數字是不可變的

4.3.2 可變與不可變的區別

可變對象如列表（list）或字典（dict），可以在原地修改，而不會創建新的對象：

# 可變對象範例
my_list = [1, 2, 3]
my_list.append(4)
print(my_list)  # 結果為 [1, 2, 3, 4]

不可變性的重要性在於它可以避免難以追踪的狀態變更問題，特別是在多線程或併發程序中。

4.4 在 Python 中實現不可變性

雖然 Python 中的列表和字典是可變的，但我們可以通過一些方法來實現不可變性。

4.4.1 使用 tuple 代替 list

元組是不可變的數據結構，我們可以使用元組來代替列表，以保持不可變性。

# 使用 tuple 代替 list
my_tuple = (1, 2, 3)
# my_tuple[0] = 10  # 這行代碼會產生錯誤，因為元組是不可變的

4.4.2 凍結字典

雖然 Python 沒有內建的不可變字典類型，但我們可以使用 types.MappingProxyType 來創建一個不可變的字典視圖。

from types import MappingProxyType

my_dict = {'a': 1, 'b': 2}
frozen_dict = MappingProxyType(my_dict)
# frozen_dict['a'] = 10  # 這行代碼會產生錯誤，因為 frozen_dict 是不可變的

4.4.3 第三方庫支援

有一些第三方庫（如 pyrsistent）專門提供不可變的數據結構，可以方便地引入到 Python 的函數式編程中。

pip install pyrsistent

from pyrsistent import pvector

immutable_list = pvector([1, 2, 3])
new_list = immutable_list.append(4)
print(immutable_list)  # 結果仍然是 [1, 2, 3]
print(new_list)        # 結果為 [1, 2, 3, 4]

4.5 小結

純函數和不可變性是函數式編程的基石。通過使用純函數，我們可以創建更容易理解、測試和維護的代碼。而不可變性則幫助我們避免難以追踪的狀態變化，尤其是在併發環境中。這兩個概念的結合，讓我們能夠寫出更安全、更健壯的代碼。

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這是第4章的基本內容草稿，若有需要進一步擴展的部分，隨時可以提出！