Что такое ссылочная прозрачность в программировании?
2026-02-26 23:00 Diff
https://ru.hexlet.io/blog/posts/chto-takoe-ssylochnaya-prozrachnost

В функциональном программировании ссылочная прозрачность обычно означает, что выражение в коде может быть заменено результатом выполнения этого кода (или чем-либо, имеющим такое же значение), при этом результаты выполнения всего кода не изменятся. Это означает, что алгоритм всегда должен возвращать одно и то же значение для данного аргумента без какого-либо другого эффекта. Эта концепция функционального программирования также применима и к императивному программированию, и может помочь сделать код любого программиста более понятным. Мы подробно перевели статью “What Is Referential Transparency?” издания SitePoint и адаптировали примеры кода с Java (которая используется в оригинале) на JavaScript.

Содержание

Ссылочная прозрачность

Термин ссылочная прозрачность используется в математике, логике, лингвистике, философии и в программировании. В каждой из этих областей он имеет совершенно разные значения. Здесь мы будем иметь дело только с компьютерными программами, хотя и покажем аналогию с математикой (но не волнуйтесь — с достаточно простой математикой). Мы рассмотрим ссылочную прозрачность, используемую функциональными программистами.

Ссылочная прозрачность в математике

В математике ссылочная прозрачность — это свойство выражений, которые могут быть заменены другими выражениями, имеющими такое же значение, без какого-либо изменения результата. Рассмотрим следующий пример:

Мы можем заменить подвыражение (3 * 4) любым другим выражением, имеющим то же значение, при этом не изменяя результат (значение x). Наиболее очевидное выражение, которое следует использовать, конечно же 12:

При этом мы могли использовать любое другое выражение, имеющее значение 12 (возможно (5 + 7)), не боясь изменения результата. Как следствие, часть этого выражения — (3 * 4), имеет ссылочную прозрачность.

Мы можем заменить и выражение 2 + 12 другим выражением, имеющим то же значение — так, чтобы оно оставалось ссылочно-прозрачным:

Ссылочная прозрачность в программировании

В программировании ссылочная прозрачность применяется, соответственно, к программам. Поскольку они обычно состоят из подпрограмм, которые сами являются программами, это применимо и к этим подпрограммам. При этом они могут быть представлены в том числе и функциями. Это означает, что функции могут быть ссылочно-прозрачными — особенно когда вызов этих функций может быть заменен их возвращаемым значением.

В этом примере функция mult является ссылочно-прозрачной, потому что любой ее вызов может быть заменен соответствующим возвращаемым значением. Это можно увидеть, заменив mult(3, 4) на 12:

Таким же образом add(2, 12) можно заменить на возвращаемое значение 14.

Эти изменения не повлияют на результат работы программы, что бы она ни выполняла. Обратите внимание, что вообще мы могли бы использовать любое другое выражение, имеющее аналогичное значение — это свойство очень полезно при рефакторинге.

С другой стороны, рассмотрите следующую функцию:

Замена вызова функции add возвращаемым значением изменит результат её работы, поскольку больше не будет печататься сообщение с помощью console.log. В этом случае замена просто удалит побочный эффект, но в других случаях она может изменить значение, которое возвращается функцией.

Здесь функция next не может быть заменена чем-либо, даже если оно имело бы такое же значение. Это связано с тем, что эта функция предназначена для возврата абсолютно разных значений при каждом вызове.

Использование таких не ссылочно-прозрачных функций требует особого внимания из-за изменяемого состояния, участвующего в вычислении. Функциональный стиль избегает таких функций в пользу их ссылочно-прозрачных версий.

Ссылочная прозрачность в императивном программировании

Функции используются как в императивном, так и в функциональном (декларативном) программировании. Несмотря на то, что функциональное программирование использует только функции, в императивном программировании также используются:

  • Чистые функции: функции возвращающие значение, и не имеющие побочных эффектов.
  • Чистые эффекты: функции, не возвращающие ничего, но изменяющие что-то снаружи.
  • Функции с побочными эффектами: функции, возвращающие значение, и при этом изменяющие что-либо из вне.

Как мы все знаем, рекомендуется избегать функций с побочными эффектами. Это оставляет императивным программистам возможность использовать или чистые функции, или чистые эффекты. Таким образом, ссылочная прозрачность является мощным инструментом для императивных программистов, который упрощает понимание программ, а также упрощает их тестирование.

Итог

Ссылочная прозрачность означает, что вызов функции может быть заменен ее значением, либо другим ссылочно-прозрачным вызовом с тем же результатом. Это делает каждую функцию независимой, что значительно упрощает модульное тестирование и рефакторинг. Кроме того, такие ссылочно-прозрачные функции легче читать и понимать — это одна из причин, почему код, написанный в функциональном стиле, нуждается в меньшем количестве комментариев.