純粋関数 | Atsushi Hatakeyama

概要

純粋関数（Pure Function）とは、「入力だけが出力を決める関数」です。言い換えると、同じ入力を与えれば、常に同じ結果を返す冪等性 (idempotecy) のある関数です。

この性質は、非常にシンプルな機械に例えることができます。

入力：データを受け取る唯一の場所
エンジン（関数本体）：入力データのみを使用して計算する
出力：計算結果を返す唯一の場所

この構造により、『関数の出力が、その入力のみによって決定される』という状態が成立します。

純粋関数のルール

純粋関数は、以下の2つの性質を持ちます。

副作用がない

関数実行中に、戻り値を返すこと以外に行われる『外部世界のやり取り』を副作用と呼びます
副作用がある関数は不純（Impure）です（例：グローバル変数の書き換え・例外を投げる）

参照透過性

参照透過性とは『ある式をその実行結果（値）で置き換えても、プログラム全体の挙動が変われない』性質です
例：f(x) + f(x) を 2 * f(x) と置き換えても安全です

サンプルコード

純粋関数：

# Pure
def add(a, b):
    return a + b

# Pure
def multiply(x, y):
    return x * y

# Pure (mathematical)
def square(n):
    return n * n

不純関数：

# Impure - uses external state
counter = 0
def increment():
    global counter
    counter += 1
    return counter

# Impure - side effect (printing)
def say_hello(name):
    print(f"Hello, {name}!")   # side effect

# Impure - depends on current time
import datetime
def get_current_year():
    return datetime.datetime.now().year

# Impure - mutates input
def add_to_list(lst, item):
    lst.append(item)   # mutates the original list
    return lst

なぜ重要か

純粋関数は、保守性・拡張性の高い実装に欠かせない概念です。

デバックが容易：バグの原因が「その関数外」にないことを保証できます
テストが簡単：外部状態の準備（モックなど）が不要です
並列化が容易：データの競合（副作用）が発生しません
メモ化が可能：同じ入力なら常に同じ結果なので、キャッシュできます

概要

純粋関数のルール

サンプルコード

なぜ重要か

参考