3.1.1 Variáveis de Estado Local

Para ilustrar o que queremos dizer com ter um objeto computacional com estado que varia com o tempo, vamos modelar a situação de sacar dinheiro de uma conta bancária. Faremos isso usando uma função withdraw, que recebe como argumento um amount (valor) a ser sacado. Se houver dinheiro suficiente na conta para acomodar o saque, então withdraw deve retornar o saldo restante após o saque. Caso contrário, withdraw deve retornar a mensagem "Insufficient funds" (Fundos insuficientes). Por exemplo, se começarmos com $100 na conta, devemos obter a seguinte sequência de respostas usando withdraw:

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"Insufficient funds"

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Observe que a expressão withdraw(25), avaliada duas vezes, produz valores diferentes. Este é um novo tipo de comportamento para uma função. Até agora, todas as nossas funções JavaScript podiam ser vistas como especificações para computar funções matemáticas. Uma chamada a uma função computava o valor da função aplicada aos argumentos dados, e duas chamadas à mesma função com os mesmos argumentos sempre produziam o mesmo resultado.¹

Até agora, todos os nossos nomes eram imutáveis. Quando uma função era aplicada, os valores aos quais seus parâmetros se referiam nunca mudavam, e uma vez que uma declaração era avaliada, o nome declarado nunca mudava seu valor. Para implementar funções como withdraw, introduzimos declarações de variáveis, que usam a palavra-chave let, além das declarações de constantes, que usam a palavra-chave const. Podemos declarar uma variável balance para indicar o saldo de dinheiro na conta e definir withdraw como uma função que acessa balance.

A função withdraw verifica se balance é pelo menos tão grande quanto o amount solicitado. Se for, withdraw decrementa balance por amount e retorna o novo valor de balance. Caso contrário, withdraw retorna a mensagem "Insufficient funds". Aqui estão as declarações de balance e withdraw:

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Decrementar balance é realizado pela instrução de expressão

balance = balance - amount;

A sintaxe de expressões de atribuição é

name = new-value

Aqui name foi declarado com let ou como um parâmetro de função, e new-value é qualquer expressão. A atribuição muda name de modo que seu valor seja o resultado obtido pela avaliação de new-value. No caso em questão, estamos mudando balance para que seu novo valor seja o resultado de subtrair amount do valor anterior de balance.²

A função withdraw também usa uma sequência de instruções para fazer duas instruções serem avaliadas no caso em que o teste if é verdadeiro: primeiro decrementando balance e depois retornando o valor de balance. Em geral, executar uma sequência

stmt₁ stmt₂ ... stmtₙ

faz com que as instruções stmt₁ até stmtₙ sejam avaliadas em sequência.³

Embora withdraw funcione conforme desejado, a variável balance apresenta um problema. Conforme especificado acima, balance é um nome definido no ambiente do programa e é livremente acessível para ser examinado ou modificado por qualquer função. Seria muito melhor se pudéssemos de alguma forma tornar balance interno a withdraw, de modo que withdraw fosse a única função que pudesse acessar balance diretamente e qualquer outra função pudesse acessar balance apenas indiretamente (através de chamadas a withdraw). Isso modelaria com mais precisão a noção de que balance é uma variável de estado local usada por withdraw para acompanhar o estado da conta.

Podemos tornar balance interno a withdraw reescrevendo a definição da seguinte forma:

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O que fizemos aqui foi usar let para estabelecer um ambiente com uma variável local balance, vinculada ao valor inicial 100. Dentro deste ambiente local, usamos uma expressão lambda⁴ para criar uma função que recebe amount como argumento e se comporta como nossa função withdraw anterior. Esta função—retornada como resultado da avaliação do corpo da função make_withdraw_balance_100—se comporta exatamente da mesma maneira que withdraw, mas sua variável balance não é acessível por nenhuma outra função.⁵

Combinar atribuições com declarações de variáveis é a técnica geral de programação que usaremos para construir objetos computacionais com estado local. Infelizmente, usar essa técnica levanta um problema sério: Quando introduzimos funções pela primeira vez, também introduzimos o modelo de substituição de avaliação (seção 1.1.5) para fornecer uma interpretação do que significa aplicação de função. Dissemos que aplicar uma função cujo corpo é uma instrução return deve ser interpretado como avaliar a expressão de retorno da função com os parâmetros substituídos por seus valores. Para funções com corpos mais complexos, precisamos avaliar o corpo inteiro com os parâmetros substituídos por seus valores. O problema é que, assim que introduzimos atribuição em nossa linguagem, substituição não é mais um modelo adequado de aplicação de função. (Veremos por que isso é assim na seção 3.1.3.) Como consequência, tecnicamente não temos neste ponto nenhuma maneira de entender por que a função new_withdraw se comporta como afirmado acima. Para realmente entender uma função como new_withdraw, precisaremos desenvolver um novo modelo de aplicação de função. Na seção 3.2 introduziremos tal modelo, junto com uma explicação de atribuições e declarações de variáveis. Primeiro, porém, examinamos algumas variações sobre o tema estabelecido por new_withdraw.

Parâmetros de funções, assim como nomes declarados com let, são variáveis. A seguinte função, make_withdraw, cria "processadores de saque". O parâmetro balance em make_withdraw especifica o valor inicial de dinheiro na conta.⁶

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A função make_withdraw pode ser usada da seguinte forma para criar dois objetos W1 e W2:

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"Insufficient funds"

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Observe que W1 e W2 são objetos completamente independentes, cada um com sua própria variável de estado local balance. Saques de um não afetam o outro.

Também podemos criar objetos que lidam com depósitos assim como saques, e assim podemos representar contas bancárias simples. Aqui está uma função que retorna um "objeto de conta bancária" com um saldo inicial especificado:

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Cada chamada a make_account estabelece um ambiente com uma variável de estado local balance. Dentro deste ambiente, make_account define funções deposit e withdraw que acessam balance e uma função adicional dispatch que recebe uma "mensagem" como entrada e retorna uma das duas funções locais. A função dispatch em si é retornada como o valor que representa o objeto de conta bancária. Este é precisamente o estilo de programação de passagem de mensagens que vimos na seção 2.4.3, embora aqui o estejamos usando em conjunto com a capacidade de modificar variáveis locais.

A função make_account pode ser usada da seguinte forma:

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"Insufficient funds"

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Cada chamada a acc retorna a função deposit ou withdraw definida localmente, que é então aplicada ao amount especificado. Assim como aconteceu com make_withdraw, outra chamada a make_account

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produzirá um objeto de conta completamente separado, que mantém seu próprio balance local.

Exercício 3.1

Um acumulador é uma função que é chamada repetidamente com um único argumento numérico e acumula seus argumentos em uma soma. Cada vez que é chamada, ela retorna a soma atualmente acumulada. Escreva uma função make_accumulator que gera acumuladores, cada um mantendo uma soma independente. A entrada para make_accumulator deve especificar o valor inicial da soma; por exemplo

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Exercício 3.2

Em aplicações de teste de software, é útil poder contar o número de vezes que uma determinada função é chamada durante o curso de uma computação. Escreva uma função make_monitored que recebe como entrada uma função, f, que ela mesma recebe uma entrada. O resultado retornado por make_monitored é uma terceira função, digamos mf, que mantém o controle do número de vezes que foi chamada mantendo um contador interno. Se a entrada para mf é a string "how many calls", então mf retorna o valor do contador. Se a entrada é a string "reset count", então mf redefine o contador para zero. Para qualquer outra entrada, mf retorna o resultado de chamar f nessa entrada e incrementa o contador. Por exemplo, poderíamos fazer uma versão monitorada da função sqrt:

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Exercício 3.3

Modifique a função make_account para que ela crie contas protegidas por senha. Ou seja, make_account deve receber uma string como argumento adicional, como em

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O objeto de conta resultante deve processar uma solicitação apenas se ela for acompanhada pela senha com a qual a conta foi criada, e deve retornar uma reclamação caso contrário:

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"Incorrect password"

Exercício 3.4

Modifique a função make_account do exercício 3.3 adicionando outra variável de estado local de modo que, se uma conta for acessada mais de sete vezes consecutivas com uma senha incorreta, ela invoque a função call_the_cops.

[1] Na verdade, isso não é completamente verdade. Uma exceção foi o gerador de números aleatórios na seção 1.2.6. Outra exceção envolveu as tabelas de operação/tipo que introduzimos na seção 2.4.3, onde os valores de duas chamadas a get com os mesmos argumentos dependiam de chamadas intermediárias a put. Por outro lado, até introduzirmos atribuição, não temos como criar tais funções nós mesmos.

[2] O valor de uma atribuição é o valor sendo atribuído ao nome. Instruções de expressão de atribuição parecem similares e não devem ser confundidas com declarações de constante e variável da forma const name = value; e let name = value; nas quais um name recém-declarado é associado a um value. Expressões de atribuição parecem similares e não devem ser confundidas com expressões da forma expression₁ === expression₂ que avaliam para true se expression₁ avalia para o mesmo valor que expression₂ e para false caso contrário.

[3] Já usamos sequências implicitamente em nossos programas, porque em JavaScript o bloco de corpo de uma função pode conter uma sequência de declarações de função seguida por uma instrução return, não apenas uma única instrução return, como discutido na seção 1.1.8.

[4] Blocos como corpos de expressões lambda foram introduzidos na seção 2.2.4.

[5] No jargão de linguagens de programação, diz-se que a variável balance está encapsulada dentro da função new_withdraw. Encapsulamento reflete o princípio geral de design de sistemas conhecido como princípio de ocultação: Pode-se tornar um sistema mais modular e robusto protegendo partes do sistema umas das outras; isto é, fornecendo acesso a informações apenas para aquelas partes do sistema que têm "necessidade de saber".

[6] Ao contrário de make_withdraw_balance_100 acima, não precisamos usar let para tornar balance uma variável local, já que parâmetros já são locais. Isso ficará mais claro após a discussão do modelo de ambiente de avaliação na seção 3.2. (Veja também o exercício 3.10.)

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