Haskell中MutVar#是否为不纯操作？State/ST/STRef相关困惑

核心结论 #

MutVar# 及其相关API是纯的，你产生误解的根源是忽略了 State# 作为操作输入的关键作用。

关键概念澄清 #

• State# RealWorld 不是普通的"值"，它是程序全局状态的唯一令牌。每次涉及可变操作（如创建、读写MutVar#）时，都会生成一个新的 State#，代表操作完成后的世界状态。
• Haskell的纯性要求是相同输入必须得到相同输出，而MutVar#的操作（如readMutVar#）的输入是**MutVar# s a + State# s**的组合，而非单独的MutVar#。

针对你的代码分析 #

你的代码中，readMutVar#的调用并非使用"相同输入"：

fun :: State# RealWorld -> (Int, Int, Int)
fun s# = let 
    (# a#, var# #) :: (# State# RealWorld, MutVar# RealWorld Int #) = newMutVar# 0 s#
    -- 传入原始状态s#，此时var#在s#对应的状态下值为0
    (# b#, o1 #) :: (# State# RealWorld, Int #) = readMutVar# var# s#
    -- 基于new后的状态a#执行写入，得到新状态c#
    c# = writeMutVar# var# 10 a#
    -- 传入写入后的状态c#读取，得到10
    (# d#, o2 #) :: (# State# RealWorld, Int #) = readMutVar# var# c#
    -- 基于c#执行第二次写入，得到新状态e#
    e# = writeMutVar# var# 20 c#
    -- 传入e#读取，得到20
    (# f#, o3 #) :: (# State# RealWorld, Int #) = readMutVar# var# e# 
in
    (o1, o2, o3)

• 每次readMutVar#的State#输入都是不同的（s#、c#、e#），因此输入组合（var# + State#）并不相同，输出不同完全符合纯函数的要求。
• 当你多次传入realWorld#调用fun时，每次都会得到相同的(0,10,20)结果，这证明fun是纯函数——相同输入始终得到相同输出。

ST/State与纯性的关联 #

• State Monad的s -> (s,a)结构是纯函数式的状态传递，通过显式传递不可变的状态值来模拟状态变化。
• ST Monad则是通过State#和类型系统（带 phantom type s）来封装可变操作，确保可变变量无法逃逸出ST作用域，从而在保证局部可变性的同时，维持整个程序的纯性。MutVar#是STRef的底层实现，它的操作必须结合State#来使用，而State#的传递确保了操作顺序和状态一致性，全程没有违反纯性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者kwonryul