在 python 中识别纯函数

Question

我有一个装饰器 @pure 将函数注册为纯函数，例如：

@pure
def rectangle_area(a,b):
    return a*b


@pure
def triangle_area(a,b,c):
    return ((a+(b+c))(c-(a-b))(c+(a-b))(a+(b-c)))**0.5/4

接下来，我要识别一个新定义的纯函数

def house_area(a,b,c):
    return rectangle_area(a,b) + triangle_area(a,b,c)

显然 house_area 是纯函数，因为它只调用纯函数。

如何自动发现所有纯函数（可能使用 ast）

Answer 1

假设运算符都是纯的，那么基本上你只需要检查所有的函数调用。这确实可以用 ast 模块来完成。

首先我将 pure 装饰器定义为：

def pure(f):
    f.pure = True
    return f

添加一个表明它是纯函数的属性，允许提前跳过或 "forcing" 一个函数以识别为纯函数。如果您需要像 math.sin 这样的函数来标识为纯函数，这将很有用。 此外，您无法向内置函数添加属性。

@pure
def sin(x):
    return math.sin(x)

总而言之。使用 ast 模块访问所有节点。然后对于每个 Call 节点检查被调用的函数是否是纯函数。

import ast

class PureVisitor(ast.NodeVisitor):
    def __init__(self, visited):
        super().__init__()
        self.pure = True
        self.visited = visited

    def visit_Name(self, node):
        return node.id

    def visit_Attribute(self, node):
        name = [node.attr]
        child = node.value
        while child is not None:
            if isinstance(child, ast.Attribute):
                name.append(child.attr)
                child = child.value
            else:
                name.append(child.id)
                break
        name = ".".join(reversed(name))
        return name

    def visit_Call(self, node):
        if not self.pure:
            return
        name = self.visit(node.func)
        if name not in self.visited:
            self.visited.append(name)
            try:
                callee = eval(name)
                if not is_pure(callee, self.visited):
                    self.pure = False
            except NameError:
                self.pure = False

然后检查函数是否有pure属性。如果没有获取代码并检查是否所有函数调用都可以归类为纯。

import inspect, textwrap

def is_pure(f, _visited=None):
    try:
        return f.pure
    except AttributeError:
        pass

    try:
        code = inspect.getsource(f.__code__)
    except AttributeError:
        return False

    code = textwrap.dedent(code)
    node = compile(code, "<unknown>", "exec", ast.PyCF_ONLY_AST)

    if _visited is None:
        _visited = []

    visitor = PureVisitor(_visited)
    visitor.visit(node)
    return visitor.pure

请注意，print(is_pure(lambda x: math.sin(x))) 不起作用，因为 inspect.getsource(f.__code__) returns 逐行编码。因此 getsource 返回的源将包括 print 和 is_pure 调用，从而产生 False。 除非这些函数被覆盖。

要验证它是否有效，请通过以下方式对其进行测试：

print(house_area) # Prints: True

列出当前模块中的所有函数：

import sys, types

for k in dir(sys.modules[__name__]):
    v = globals()[k]
    if isinstance(v, types.FunctionType):
        print(k, is_pure(v))

visited 列表跟踪哪些功能已经过纯验证。这有助于规避与递归相关的问题。由于代码未执行，评估将递归访问 factorial.

@pure
def factorial(n):
    return 1 if n == 1 else n * factorial(n - 1)

请注意，您可能需要修改以下代码。选择另一种方式从函数名称中获取函数。

try:
    callee = eval(name)
    if not is_pure(callee, self.visited):
        self.pure = False
except NameError:
    self.pure = False

在 python 中识别纯函数

Identifying pure functions in python

python

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purely-functional