Przewodnik po języku F#
Najlepszym sposobem na poznanie języka F# jest odczytywanie i pisanie kodu F#. Ten artykuł będzie stanowić przewodnik po niektórych kluczowych funkcjach języka F# i nada ci kilka fragmentów kodu, które można wykonać na maszynie. Aby dowiedzieć się więcej na temat konfigurowania środowiska deweloperskiego, zapoznaj się z Wprowadzenie.
Istnieją dwie podstawowe pojęcia w języku F#: funkcje i typy. Ten przewodnik podkreśla cechy języka, które należą do tych dwóch pojęć.
Wykonywanie kodu w trybie online
Jeśli na maszynie nie masz zainstalowanego języka F#, możesz wykonać wszystkie przykłady w przeglądarce za pomocą Wypróbuj język F# wFable. Fable to dialekt języka F# wykonywany bezpośrednio w przeglądarce. Aby wyświetlić przykłady zamieszczone w REPL, zapoznaj się z Samples > Learn > Tour of F# na lewym pasku menu Fable REPL.
Funkcje i moduły
Najbardziej podstawowym elementem każdego programu języka F# są funkcje zorganizowane w moduły .
Functions wykonują pracę nad danymi wejściowymi w celu uzyskania danych wyjściowych i są one zorganizowane w Moduły, które są podstawowym sposobem grupowania elementów w języku F#. Są one definiowane przy użyciu powiązania let, który nadaje funkcji nazwę i definiuje jego argumenty.
module BasicFunctions =
/// You use 'let' to define a function. This one accepts an integer argument and returns an integer.
/// Parentheses are optional for function arguments, except for when you use an explicit type annotation.
let sampleFunction1 x = x*x + 3
/// Apply the function, naming the function return result using 'let'.
/// The variable type is inferred from the function return type.
let result1 = sampleFunction1 4573
// This line uses '%d' to print the result as an integer. This is type-safe.
// If 'result1' were not of type 'int', then the line would fail to compile.
printfn $"The result of squaring the integer 4573 and adding 3 is %d{result1}"
/// When needed, annotate the type of a parameter name using '(argument:type)'. Parentheses are required.
let sampleFunction2 (x:int) = 2*x*x - x/5 + 3
let result2 = sampleFunction2 (7 + 4)
printfn $"The result of applying the 2nd sample function to (7 + 4) is %d{result2}"
/// Conditionals use if/then/elif/else.
///
/// Note that F# uses white space indentation-aware syntax, similar to languages like Python.
let sampleFunction3 x =
if x < 100.0 then
2.0*x*x - x/5.0 + 3.0
else
2.0*x*x + x/5.0 - 37.0
let result3 = sampleFunction3 (6.5 + 4.5)
// This line uses '%f' to print the result as a float. As with '%d' above, this is type-safe.
printfn $"The result of applying the 3rd sample function to (6.5 + 4.5) is %f{result3}"
let powiązania są również sposobem na powiązanie wartości z nazwą, tak jak zmienne w innych językach.
let powiązania są domyślnie niezmienne, co oznacza, że gdy wartość lub funkcja jest powiązana z nazwą, nie można jej bezpośrednio zmienić. Jest to w przeciwieństwie do zmiennych w innych językach, które są modyfikowalne, co oznacza, że ich wartości można zmienić w dowolnym momencie. Jeśli potrzebujesz składni do tworzenia powiązań możliwych do modyfikacji, możesz użyć let mutable ....
module Immutability =
/// Binding a value to a name via 'let' makes it immutable.
///
/// The second line of code compiles, but 'number' from that point onward will shadow the previous definition.
/// There is no way to access the previous definition of 'number' due to shadowing.
let number = 2
// let number = 3
/// A mutable binding. This is required to be able to mutate the value of 'otherNumber'.
let mutable otherNumber = 2
printfn $"'otherNumber' is {otherNumber}"
// When mutating a value, use '<-' to assign a new value.
//
// Note that '=' is not the same as this. Outside binding values via 'let', '=' is used to test equality.
otherNumber <- otherNumber + 1
printfn $"'otherNumber' changed to be {otherNumber}"
Liczby, wartości logiczne i ciągi
Jako język .NET język F# obsługuje te same podstawowe typy pierwotne, które istnieją na platformie .NET.
Oto, jak różne typy liczbowe są reprezentowane w języku F#:
module IntegersAndNumbers =
/// This is a sample integer.
let sampleInteger = 176
/// This is a sample floating point number.
let sampleDouble = 4.1
/// This computed a new number by some arithmetic. Numeric types are converted using
/// functions 'int', 'double' and so on.
let sampleInteger2 = (sampleInteger/4 + 5 - 7) * 4 + int sampleDouble
/// This is a list of the numbers from 0 to 99.
let sampleNumbers = [ 0 .. 99 ]
/// This is a list of all tuples containing all the numbers from 0 to 99 and their squares.
let sampleTableOfSquares = [ for i in 0 .. 99 -> (i, i*i) ]
// The next line prints a list that includes tuples, using an interpolated string.
printfn $"The table of squares from 0 to 99 is:\n{sampleTableOfSquares}"
Oto, jak wyglądają wartości logiczne i wykonywanie podstawowej logiki warunkowej:
module Booleans =
/// Booleans values are 'true' and 'false'.
let boolean1 = true
let boolean2 = false
/// Operators on booleans are 'not', '&&' and '||'.
let boolean3 = not boolean1 && (boolean2 || false)
// This line uses '%b'to print a boolean value. This is type-safe.
printfn $"The expression 'not boolean1 && (boolean2 || false)' is %b{boolean3}"
Oto, jak wygląda podstawowa manipulacja ciągami :
module StringManipulation =
/// Strings use double quotes.
let string1 = "Hello"
let string2 = "world"
/// Strings can also use @ to create a verbatim string literal.
/// This will ignore escape characters such as '\', '\n', '\t', etc.
let string3 = @"C:\Program Files\"
/// String literals can also use triple-quotes.
let string4 = """The computer said "hello world" when I told it to!"""
/// String concatenation is normally done with the '+' operator.
let helloWorld = string1 + " " + string2
// This line uses '%s' to print a string value. This is type-safe.
printfn "%s" helloWorld
/// Substrings use the indexer notation. This line extracts the first 7 characters as a substring.
/// Note that like many languages, Strings are zero-indexed in F#.
let substring = helloWorld[0..6]
printfn $"{substring}"
Krotki
Tupla są istotnym elementem w języku F#. Są one grupą nienazwanych, ale uporządkowanych wartości, które mogą być traktowane jako same wartości. Pomyśl o nich jako o wartościach, które są agregowane z innych wartości. Mają wiele zastosowań, takich jak wygodne zwracanie wielu wartości z funkcji lub grupowanie wartości dla tymczasowej wygody.
module Tuples =
/// A simple tuple of integers.
let tuple1 = (1, 2, 3)
/// A function that swaps the order of two values in a tuple.
///
/// F# Type Inference will automatically generalize the function to have a generic type,
/// meaning that it will work with any type.
let swapElems (a, b) = (b, a)
printfn $"The result of swapping (1, 2) is {(swapElems (1,2))}"
/// A tuple consisting of an integer, a string,
/// and a double-precision floating point number.
let tuple2 = (1, "fred", 3.1415)
printfn $"tuple1: {tuple1}\ttuple2: {tuple2}"
Można również utworzyć krotki struct. Te elementy współdziałają również w pełni z krotkami języka C#7/Visual Basic 15, które są również krotkami struct.
/// Tuples are normally objects, but they can also be represented as structs.
///
/// These interoperate completely with structs in C# and Visual Basic.NET; however,
/// struct tuples are not implicitly convertible with object tuples (often called reference tuples).
///
/// The second line below will fail to compile because of this. Uncomment it to see what happens.
let sampleStructTuple = struct (1, 2)
//let thisWillNotCompile: (int*int) = struct (1, 2)
// Although you can
let convertFromStructTuple (struct(a, b)) = (a, b)
let convertToStructTuple (a, b) = struct(a, b)
printfn $"Struct Tuple: {sampleStructTuple}\nReference tuple made from the Struct Tuple: {(sampleStructTuple |> convertFromStructTuple)}"
Należy pamiętać, że ponieważ krotki struct są typami wartości, nie mogą być niejawnie konwertowane na krotki referencyjne lub odwrotnie. Należy jawnie przekonwertować między krotką odwołaniową i krotką strukturalną.
Rurociągi
Operator rury |> jest szeroko używany podczas przetwarzania danych w F#. Ten operator umożliwia określenie "potoków" funkcji w elastyczny sposób. W poniższym przykładzie przedstawiono sposób korzystania z tych operatorów w celu utworzenia prostego potoku funkcjonalnego:
module PipelinesAndComposition =
/// Squares a value.
let square x = x * x
/// Adds 1 to a value.
let addOne x = x + 1
/// Tests if an integer value is odd via modulo.
///
/// '<>' is a binary comparison operator that means "not equal to".
let isOdd x = x % 2 <> 0
/// A list of 5 numbers. More on lists later.
let numbers = [ 1; 2; 3; 4; 5 ]
/// Given a list of integers, it filters out the even numbers,
/// squares the resulting odds, and adds 1 to the squared odds.
let squareOddValuesAndAddOne values =
let odds = List.filter isOdd values
let squares = List.map square odds
let result = List.map addOne squares
result
printfn $"processing {numbers} through 'squareOddValuesAndAddOne' produces: {squareOddValuesAndAddOne numbers}"
/// A shorter way to write 'squareOddValuesAndAddOne' is to nest each
/// sub-result into the function calls themselves.
///
/// This makes the function much shorter, but it's difficult to see the
/// order in which the data is processed.
let squareOddValuesAndAddOneNested values =
List.map addOne (List.map square (List.filter isOdd values))
printfn $"processing {numbers} through 'squareOddValuesAndAddOneNested' produces: {squareOddValuesAndAddOneNested numbers}"
/// A preferred way to write 'squareOddValuesAndAddOne' is to use F# pipe operators.
/// This allows you to avoid creating intermediate results, but is much more readable
/// than nesting function calls like 'squareOddValuesAndAddOneNested'
let squareOddValuesAndAddOnePipeline values =
values
|> List.filter isOdd
|> List.map square
|> List.map addOne
printfn $"processing {numbers} through 'squareOddValuesAndAddOnePipeline' produces: {squareOddValuesAndAddOnePipeline numbers}"
/// You can shorten 'squareOddValuesAndAddOnePipeline' by moving the second `List.map` call
/// into the first, using a Lambda Function.
///
/// Note that pipelines are also being used inside the lambda function. F# pipe operators
/// can be used for single values as well. This makes them very powerful for processing data.
let squareOddValuesAndAddOneShorterPipeline values =
values
|> List.filter isOdd
|> List.map(fun x -> x |> square |> addOne)
printfn $"processing {numbers} through 'squareOddValuesAndAddOneShorterPipeline' produces: {squareOddValuesAndAddOneShorterPipeline numbers}"
/// Lastly, you can eliminate the need to explicitly take 'values' in as a parameter by using '>>'
/// to compose the two core operations: filtering out even numbers, then squaring and adding one.
/// Likewise, the 'fun x -> ...' bit of the lambda expression is also not needed, because 'x' is simply
/// being defined in that scope so that it can be passed to a functional pipeline. Thus, '>>' can be used
/// there as well.
///
/// The result of 'squareOddValuesAndAddOneComposition' is itself another function which takes a
/// list of integers as its input. If you execute 'squareOddValuesAndAddOneComposition' with a list
/// of integers, you'll notice that it produces the same results as previous functions.
///
/// This is using what is known as function composition. This is possible because functions in F#
/// use Partial Application and the input and output types of each data processing operation match
/// the signatures of the functions we're using.
let squareOddValuesAndAddOneComposition =
List.filter isOdd >> List.map (square >> addOne)
printfn $"processing {numbers} through 'squareOddValuesAndAddOneComposition' produces: {squareOddValuesAndAddOneComposition numbers}"
W poprzednim przykładzie użyto wielu funkcji języka F#, w tym funkcji przetwarzania list, funkcji pierwszej klasy i częściowej aplikacji. Chociaż są to zaawansowane koncepcje, powinno być jasne, jak łatwo można wykorzystać funkcje do przetwarzania danych podczas tworzenia pipeline'ów.
Listy, tablice i sekwencje
Listy, tablice i sekwencje są trzema podstawowymi typami kolekcji w podstawowej bibliotece języka F#.
Listy są uporządkowanymi, niezmiennymi zbiorami elementów tego samego typu. Są to pojedyńczo połączone listy, co oznacza, że są przeznaczone do enumeracji, ale są słabym wyborem do losowego dostępu i łączenia, jeśli są duże. Jest to w odróżnieniu od innych popularnych języków, które zazwyczaj nie używają listy jednokierunkowej do reprezentowania list.
module Lists =
/// Lists are defined using [ ... ]. This is an empty list.
let list1 = [ ]
/// This is a list with 3 elements. ';' is used to separate elements on the same line.
let list2 = [ 1; 2; 3 ]
/// You can also separate elements by placing them on their own lines.
let list3 = [
1
2
3
]
/// This is a list of integers from 1 to 1000
let numberList = [ 1 .. 1000 ]
/// Lists can also be generated by computations. This is a list containing
/// all the days of the year.
///
/// 'yield' is used for on-demand evaluation. More on this later in Sequences.
let daysList =
[ for month in 1 .. 12 do
for day in 1 .. System.DateTime.DaysInMonth(2017, month) do
yield System.DateTime(2017, month, day) ]
// Print the first 5 elements of 'daysList' using 'List.take'.
printfn $"The first 5 days of 2017 are: {daysList |> List.take 5}"
/// Computations can include conditionals. This is a list containing the tuples
/// which are the coordinates of the black squares on a chess board.
let blackSquares =
[ for i in 0 .. 7 do
for j in 0 .. 7 do
if (i+j) % 2 = 1 then
yield (i, j) ]
/// Lists can be transformed using 'List.map' and other functional programming combinators.
/// This definition produces a new list by squaring the numbers in numberList, using the pipeline
/// operator to pass an argument to List.map.
let squares =
numberList
|> List.map (fun x -> x*x)
/// There are many other list combinations. The following computes the sum of the squares of the
/// numbers divisible by 3.
let sumOfSquares =
numberList
|> List.filter (fun x -> x % 3 = 0)
|> List.sumBy (fun x -> x * x)
printfn $"The sum of the squares of numbers up to 1000 that are divisible by 3 is: %d{sumOfSquares}"
Tablice mają stały rozmiar, to modyfikowalne kolekcje elementów tego samego typu. Obsługują one szybki losowy dostęp do elementów i są szybsze niż listy języka F#, ponieważ są to tylko ciągłe bloki pamięci.
module Arrays =
/// This is The empty array. Note that the syntax is similar to that of Lists, but uses `[| ... |]` instead.
let array1 = [| |]
/// Arrays are specified using the same range of constructs as lists.
let array2 = [| "hello"; "world"; "and"; "hello"; "world"; "again" |]
/// This is an array of numbers from 1 to 1000.
let array3 = [| 1 .. 1000 |]
/// This is an array containing only the words "hello" and "world".
let array4 =
[| for word in array2 do
if word.Contains("l") then
yield word |]
/// This is an array initialized by index and containing the even numbers from 0 to 2000.
let evenNumbers = Array.init 1001 (fun n -> n * 2)
/// Sub-arrays are extracted using slicing notation.
let evenNumbersSlice = evenNumbers[0..500]
/// You can loop over arrays and lists using 'for' loops.
for word in array4 do
printfn $"word: {word}"
// You can modify the contents of an array element by using the left arrow assignment operator.
//
// To learn more about this operator, see: https://zcusa.951200.xyz/dotnet/fsharp/language-reference/values/index#mutable-variables
array2[1] <- "WORLD!"
/// You can transform arrays using 'Array.map' and other functional programming operations.
/// The following calculates the sum of the lengths of the words that start with 'h'.
///
/// Note that in this case, similar to Lists, array2 is not mutated by Array.filter.
let sumOfLengthsOfWords =
array2
|> Array.filter (fun x -> x.StartsWith "h")
|> Array.sumBy (fun x -> x.Length)
printfn $"The sum of the lengths of the words in Array 2 is: %d{sumOfLengthsOfWords}"
Sekwencje są logiczną serią elementów, wszystkie tego samego typu. Są to bardziej ogólne typy niż listy i tablice, które mogą być "widokiem" do dowolnej logicznej serii elementów. Wyróżniają się one również dlatego, że mogą być leniwe, co oznacza, że elementy mogą być obliczane tylko wtedy, gdy są potrzebne.
module Sequences =
/// This is the empty sequence.
let seq1 = Seq.empty
/// This a sequence of values.
let seq2 = seq { yield "hello"; yield "world"; yield "and"; yield "hello"; yield "world"; yield "again" }
/// This is an on-demand sequence from 1 to 1000.
let numbersSeq = seq { 1 .. 1000 }
/// This is a sequence producing the words "hello" and "world"
let seq3 =
seq { for word in seq2 do
if word.Contains("l") then
yield word }
/// This is a sequence producing the even numbers up to 2000.
let evenNumbers = Seq.init 1001 (fun n -> n * 2)
let rnd = System.Random()
/// This is an infinite sequence which is a random walk.
/// This example uses yield! to return each element of a subsequence.
let rec randomWalk x =
seq { yield x
yield! randomWalk (x + rnd.NextDouble() - 0.5) }
/// This example shows the first 100 elements of the random walk.
let first100ValuesOfRandomWalk =
randomWalk 5.0
|> Seq.truncate 100
|> Seq.toList
printfn $"First 100 elements of a random walk: {first100ValuesOfRandomWalk}"
Funkcje rekursywne
Przetwarzanie kolekcji lub sekwencji elementów jest zwykle wykonywane za pomocą rekursji w języku F#. Mimo że język F# obsługuje pętle i programowanie imperatywne, rekursja jest preferowana, ponieważ łatwiej jest zagwarantować poprawność.
Notatka
W poniższym przykładzie użyto dopasowania wzorca za pomocą wyrażenia match. Ta podstawowa konstrukcja zostanie omówiona w dalszej części tego artykułu.
module RecursiveFunctions =
/// This example shows a recursive function that computes the factorial of an
/// integer. It uses 'let rec' to define a recursive function.
let rec factorial n =
if n = 0 then 1 else n * factorial (n-1)
printfn $"Factorial of 6 is: %d{factorial 6}"
/// Computes the greatest common factor of two integers.
///
/// Since all of the recursive calls are tail calls,
/// the compiler will turn the function into a loop,
/// which improves performance and reduces memory consumption.
let rec greatestCommonFactor a b =
if a = 0 then b
elif a < b then greatestCommonFactor a (b - a)
else greatestCommonFactor (a - b) b
printfn $"The Greatest Common Factor of 300 and 620 is %d{greatestCommonFactor 300 620}"
/// This example computes the sum of a list of integers using recursion.
///
/// '::' is used to split a list into the head and tail of the list,
/// the head being the first element and the tail being the rest of the list.
let rec sumList xs =
match xs with
| [] -> 0
| y::ys -> y + sumList ys
/// This makes 'sumList' tail recursive, using a helper function with a result accumulator.
let rec private sumListTailRecHelper accumulator xs =
match xs with
| [] -> accumulator
| y::ys -> sumListTailRecHelper (accumulator+y) ys
/// This invokes the tail recursive helper function, providing '0' as a seed accumulator.
/// An approach like this is common in F#.
let sumListTailRecursive xs = sumListTailRecHelper 0 xs
let oneThroughTen = [1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10]
printfn $"The sum 1-10 is %d{sumListTailRecursive oneThroughTen}"
Język F# ma również pełną obsługę optymalizacji wywołań tail call, która jest sposobem optymalizacji cyklicznych wywołań tak, aby były one tak szybkie, jak konstrukcja pętli.
Typy rekordów i unii dyskryminowanych
Typy rekordów i unii są dwoma podstawowymi typami danych używanymi w kodzie języka F# i są zazwyczaj najlepszym sposobem reprezentowania danych w programie języka F#. Chociaż sprawia to, że są one podobne do klas w innych językach, jedną z ich podstawowych różnic jest semantyka równości strukturalnej. Oznacza to, że są one "natywnie" porównywalne, a równość jest prosta - po prostu sprawdź, czy jedna jest równa drugiej.
Rekordy są agregatem nazwanych wartości z opcjonalnymi członkami (takimi jak metody). Jeśli znasz język C# lub Java, to powinny one przypominać POCOs lub POJOs - tylko z równością strukturalną i mniejszą ceremonią.
module RecordTypes =
/// This example shows how to define a new record type.
type ContactCard =
{ Name : string
Phone : string
Verified : bool }
/// This example shows how to instantiate a record type.
let contact1 =
{ Name = "Alf"
Phone = "(206) 555-0157"
Verified = false }
/// You can also do this on the same line with ';' separators.
let contactOnSameLine = { Name = "Alf"; Phone = "(206) 555-0157"; Verified = false }
/// This example shows how to use "copy-and-update" on record values. It creates
/// a new record value that is a copy of contact1, but has different values for
/// the 'Phone' and 'Verified' fields.
///
/// To learn more, see: https://zcusa.951200.xyz/dotnet/fsharp/language-reference/copy-and-update-record-expressions
let contact2 =
{ contact1 with
Phone = "(206) 555-0112"
Verified = true }
/// This example shows how to write a function that processes a record value.
/// It converts a 'ContactCard' object to a string.
let showContactCard (c: ContactCard) =
c.Name + " Phone: " + c.Phone + (if not c.Verified then " (unverified)" else "")
printfn $"Alf's Contact Card: {showContactCard contact1}"
/// This is an example of a Record with a member.
type ContactCardAlternate =
{ Name : string
Phone : string
Address : string
Verified : bool }
/// Members can implement object-oriented members.
member this.PrintedContactCard =
this.Name + " Phone: " + this.Phone + (if not this.Verified then " (unverified)" else "") + this.Address
let contactAlternate =
{ Name = "Alf"
Phone = "(206) 555-0157"
Verified = false
Address = "111 Alf Street" }
// Members are accessed via the '.' operator on an instantiated type.
printfn $"Alf's alternate contact card is {contactAlternate.PrintedContactCard}"
Możesz również reprezentować rekordy jako struktury. Odbywa się to za pomocą atrybutu [<Struct>]:
[<Struct>]
type ContactCardStruct =
{ Name : string
Phone : string
Verified : bool }
Unie dyskryminowane (DU) są wartościami, które mogą przyjmować wiele nazwanych form lub przypadków. Dane przechowywane w typie mogą być jedną z kilku odrębnych wartości.
module DiscriminatedUnions =
/// The following represents the suit of a playing card.
type Suit =
| Hearts
| Clubs
| Diamonds
| Spades
/// A Discriminated Union can also be used to represent the rank of a playing card.
type Rank =
/// Represents the rank of cards 2 .. 10
| Value of int
| Ace
| King
| Queen
| Jack
/// Discriminated Unions can also implement object-oriented members.
static member GetAllRanks() =
[ yield Ace
for i in 2 .. 10 do yield Value i
yield Jack
yield Queen
yield King ]
/// This is a record type that combines a Suit and a Rank.
/// It's common to use both Records and Discriminated Unions when representing data.
type Card = { Suit: Suit; Rank: Rank }
/// This computes a list representing all the cards in the deck.
let fullDeck =
[ for suit in [ Hearts; Diamonds; Clubs; Spades] do
for rank in Rank.GetAllRanks() do
yield { Suit=suit; Rank=rank } ]
/// This example converts a 'Card' object to a string.
let showPlayingCard (c: Card) =
let rankString =
match c.Rank with
| Ace -> "Ace"
| King -> "King"
| Queen -> "Queen"
| Jack -> "Jack"
| Value n -> string n
let suitString =
match c.Suit with
| Clubs -> "clubs"
| Diamonds -> "diamonds"
| Spades -> "spades"
| Hearts -> "hearts"
rankString + " of " + suitString
/// This example prints all the cards in a playing deck.
let printAllCards() =
for card in fullDeck do
printfn $"{showPlayingCard card}"
Można również użyć jednostek DU jako Single-Case dyskryminowanych związków, aby ułatwić modelowanie domen nad typami pierwotnymi. Często ciągi i inne typy pierwotne są używane do reprezentowania czegoś i dlatego mają określone znaczenie. Jednak użycie tylko pierwotnej reprezentacji danych może spowodować błędne przypisanie nieprawidłowej wartości! Reprezentowanie każdego typu informacji jako odrębnej pojedynczej unii typów może zapewnić poprawność w tym scenariuszu.
// Single-case DUs are often used for domain modeling. This can buy you extra type safety
// over primitive types such as strings and ints.
//
// Single-case DUs cannot be implicitly converted to or from the type they wrap.
// For example, a function which takes in an Address cannot accept a string as that input,
// or vice versa.
type Address = Address of string
type Name = Name of string
type SSN = SSN of int
// You can easily instantiate a single-case DU as follows.
let address = Address "111 Alf Way"
let name = Name "Alf"
let ssn = SSN 1234567890
/// When you need the value, you can unwrap the underlying value with a simple function.
let unwrapAddress (Address a) = a
let unwrapName (Name n) = n
let unwrapSSN (SSN s) = s
// Printing single-case DUs is simple with unwrapping functions.
printfn $"Address: {address |> unwrapAddress}, Name: {name |> unwrapName}, and SSN: {ssn |> unwrapSSN}"
Jak pokazano w powyższym przykładzie, aby uzyskać podstawową wartość w unii warunkowej z pojedynczym przypadkiem, należy jawnie ją rozpakować.
Ponadto jednostki DU obsługują również definicje rekursywne, co pozwala łatwo reprezentować drzewa i z natury rekursywne dane. Na przykład poniżej przedstawiono sposób reprezentowania drzewa wyszukiwania binarnego z funkcjami exists i insert.
/// Discriminated Unions also support recursive definitions.
///
/// This represents a Binary Search Tree, with one case being the Empty tree,
/// and the other being a Node with a value and two subtrees.
///
/// Note 'T here is a type parameter, indicating that 'BST' is a generic type.
/// More on generics later.
type BST<'T> =
| Empty
| Node of value:'T * left: BST<'T> * right: BST<'T>
/// Check if an item exists in the binary search tree.
/// Searches recursively using Pattern Matching. Returns true if it exists; otherwise, false.
let rec exists item bst =
match bst with
| Empty -> false
| Node (x, left, right) ->
if item = x then true
elif item < x then (exists item left) // Check the left subtree.
else (exists item right) // Check the right subtree.
/// Inserts an item in the Binary Search Tree.
/// Finds the place to insert recursively using Pattern Matching, then inserts a new node.
/// If the item is already present, it does not insert anything.
let rec insert item bst =
match bst with
| Empty -> Node(item, Empty, Empty)
| Node(x, left, right) as node ->
if item = x then node // No need to insert, it already exists; return the node.
elif item < x then Node(x, insert item left, right) // Call into left subtree.
else Node(x, left, insert item right) // Call into right subtree.
Ponieważ jednostki DU umożliwiają reprezentowanie rekurencyjnej struktury drzewa w typie danych, operowanie na tej strukturze jest proste i gwarantuje poprawność. Jest on również obsługiwany w dopasowywaniu wzorców, jak pokazano poniżej.
Dopasowywanie wzorca
Dopasowywanie wzorców to funkcja języka F#, która umożliwia zapewnienie poprawności przy operowaniu na typach F#. W powyższych przykładach prawdopodobnie zauważyłeś sporo składni match x with .... Ta konstrukcja umożliwia kompilatorowi, który może zrozumieć "kształt" typów danych, aby wymusić uwzględnianie wszystkich możliwych przypadków użycia typu danych za pomocą tego, co jest znane jako Wyczerpujące dopasowywanie wzorców. Jest to niezwykle potężne dla poprawności i może być sprytnie używane do przeniesienia tego, co normalnie byłoby problemem czasu wykonywania, w problem czasu kompilacji.
module PatternMatching =
/// A record for a person's first and last name
type Person = {
First : string
Last : string
}
/// A Discriminated Union of 3 different kinds of employees
type Employee =
| Engineer of engineer: Person
| Manager of manager: Person * reports: List<Employee>
| Executive of executive: Person * reports: List<Employee> * assistant: Employee
/// Count everyone underneath the employee in the management hierarchy,
/// including the employee. The matches bind names to the properties
/// of the cases so that those names can be used inside the match branches.
/// Note that the names used for binding do not need to be the same as the
/// names given in the DU definition above.
let rec countReports(emp : Employee) =
1 + match emp with
| Engineer(person) ->
0
| Manager(person, reports) ->
reports |> List.sumBy countReports
| Executive(person, reports, assistant) ->
(reports |> List.sumBy countReports) + countReports assistant
W poniższym przykładzie przedstawiono wzorzec _, który mógł zostać zauważony wcześniej. Jest to znane jako Wieloznaczny wzorzec, który jest sposobem na powiedzenie "Nie obchodzi mnie, czym jest coś". Korzystanie z _może być wygodne, ale można przypadkowo ominąć pełne dopasowywanie wzorców i tym samym utracić korzyści z wymuszeń czasu kompilacji, jeśli nie będziesz ostrożny. Najlepiej używać go, gdy nie zależy ci na niektórych fragmentach zdekompilowanego typu podczas dopasowywania wzorca lub końcowej klauzuli, gdy wyliczono wszystkie istotne przypadki w wyrażeniu pasującym do wzorca.
W poniższym przykładzie jest używany przypadek _, gdy operacja analizy kończy się niepowodzeniem.
/// Find all managers/executives named "Dave" who do not have any reports.
/// This uses the 'function' shorthand to as a lambda expression.
let findDaveWithOpenPosition(emps : List<Employee>) =
emps
|> List.filter(function
| Manager({First = "Dave"}, []) -> true // [] matches an empty list.
| Executive({First = "Dave"}, [], _) -> true
| _ -> false) // '_' is a wildcard pattern that matches anything.
// This handles the "or else" case.
/// You can also use the shorthand function construct for pattern matching,
/// which is useful when you're writing functions which make use of Partial Application.
let private parseHelper (f: string -> bool * 'T) = f >> function
| (true, item) -> Some item
| (false, _) -> None
let parseDateTimeOffset = parseHelper DateTimeOffset.TryParse
let result = parseDateTimeOffset "1970-01-01"
match result with
| Some dto -> printfn "It parsed!"
| None -> printfn "It didn't parse!"
// Define some more functions which parse with the helper function.
let parseInt = parseHelper Int32.TryParse
let parseDouble = parseHelper Double.TryParse
let parseTimeSpan = parseHelper TimeSpan.TryParse
Aktywne wzorce to kolejna potężna konstrukcja do użycia w dopasowywaniu wzorców. Umożliwiają one dzielenie danych wejściowych na formy własne, rozkładając je w miejscu wywołania dopasowania do wzorca. Można je również sparametryzować, co pozwala zdefiniować partycję jako funkcję. Rozszerzenie poprzedniego przykładu w celu obsługi aktywnych wzorców wygląda mniej więcej tak:
let (|Int|_|) = parseInt
let (|Double|_|) = parseDouble
let (|Date|_|) = parseDateTimeOffset
let (|TimeSpan|_|) = parseTimeSpan
/// Pattern Matching via 'function' keyword and Active Patterns often looks like this.
let printParseResult = function
| Int x -> printfn $"%d{x}"
| Double x -> printfn $"%f{x}"
| Date d -> printfn $"%O{d}"
| TimeSpan t -> printfn $"%O{t}"
| _ -> printfn "Nothing was parse-able!"
// Call the printer with some different values to parse.
printParseResult "12"
printParseResult "12.045"
printParseResult "12/28/2016"
printParseResult "9:01PM"
printParseResult "banana!"
Opcje
Jednym ze specjalnych przypadków typów unii dyskryminowanej jest typ opcji, który jest tak przydatny, że jest częścią podstawowej biblioteki języka F#.
Typ opcji jest typem reprezentującym jeden z dwóch przypadków: wartość lub nic w ogóle. Jest on używany w każdym scenariuszu, w którym wartość może lub nie może wynikać z określonej operacji. Następnie wymusza to uwzględnienie obu przypadków, co sprawia, że jest to problem czasu kompilacji, a nie problem środowiska uruchomieniowego. Są one często używane w interfejsach API, w których null jest używana do reprezentowania "nic" zamiast tego, eliminując konieczność martwienia się o NullReferenceException w wielu okolicznościach.
module OptionValues =
/// First, define a zip code defined via Single-case Discriminated Union.
type ZipCode = ZipCode of string
/// Next, define a type where the ZipCode is optional.
type Customer = { ZipCode: ZipCode option }
/// Next, define an interface type that represents an object to compute the shipping zone for the customer's zip code,
/// given implementations for the 'getState' and 'getShippingZone' abstract methods.
type IShippingCalculator =
abstract GetState : ZipCode -> string option
abstract GetShippingZone : string -> int
/// Next, calculate a shipping zone for a customer using a calculator instance.
/// This uses combinators in the Option module to allow a functional pipeline for
/// transforming data with Optionals.
let CustomerShippingZone (calculator: IShippingCalculator, customer: Customer) =
customer.ZipCode
|> Option.bind calculator.GetState
|> Option.map calculator.GetShippingZone
Jednostki miary
System typów języka F# obejmuje możliwość zapewnienia kontekstu literałów liczbowych za pomocą Units of Measure. Jednostki miary umożliwiają skojarzenie typu liczbowego z jednostką, taką jak metry, oraz przeprowadzanie operacji na jednostkach, a nie literałach liczbowych. Dzięki temu kompilator może sprawdzić, czy typy literałów liczbowych przekazanych w określonym kontekście mają sens, eliminując w ten sposób błędy czasu wykonywania skojarzone z tym rodzajem pracy.
module UnitsOfMeasure =
/// First, open a collection of common unit names
open Microsoft.FSharp.Data.UnitSystems.SI.UnitNames
/// Define a unitized constant
let sampleValue1 = 1600.0<meter>
/// Next, define a new unit type
[<Measure>]
type mile =
/// Conversion factor mile to meter.
static member asMeter = 1609.34<meter/mile>
/// Define a unitized constant
let sampleValue2 = 500.0<mile>
/// Compute metric-system constant
let sampleValue3 = sampleValue2 * mile.asMeter
// Values using Units of Measure can be used just like the primitive numeric type for things like printing.
printfn $"After a %f{sampleValue1} race I would walk %f{sampleValue2} miles which would be %f{sampleValue3} meters"
Biblioteka języka F# Core definiuje wiele typów jednostek SI i konwersji jednostek. Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z przestrzenią nazw FSharp.Data.UnitSystems.SI.UnitSymbols.
Programowanie obiektów
Język F# ma pełną obsługę programowania obiektowego za pomocą klas, interfejsów , klas abstrakcyjnych , dziedziczenia , itd.
Klasy to typy reprezentujące obiekty platformy .NET, które mogą mieć właściwości, metody i zdarzenia jako członkowie.
module DefiningClasses =
/// A simple two-dimensional Vector class.
///
/// The class's constructor is on the first line,
/// and takes two arguments: dx and dy, both of type 'double'.
type Vector2D(dx : double, dy : double) =
/// This internal field stores the length of the vector, computed when the
/// object is constructed
let length = sqrt (dx*dx + dy*dy)
// 'this' specifies a name for the object's self-identifier.
// In instance methods, it must appear before the member name.
member this.DX = dx
member this.DY = dy
member this.Length = length
/// This member is a method. The previous members were properties.
member this.Scale(k) = Vector2D(k * this.DX, k * this.DY)
/// This is how you instantiate the Vector2D class.
let vector1 = Vector2D(3.0, 4.0)
/// Get a new scaled vector object, without modifying the original object.
let vector2 = vector1.Scale(10.0)
printfn $"Length of vector1: %f{vector1.Length}\nLength of vector2: %f{vector2.Length}"
Definiowanie klas ogólnych jest również proste.
module DefiningGenericClasses =
type StateTracker<'T>(initialElement: 'T) =
/// This internal field store the states in a list.
let mutable states = [ initialElement ]
/// Add a new element to the list of states.
member this.UpdateState newState =
states <- newState :: states // use the '<-' operator to mutate the value.
/// Get the entire list of historical states.
member this.History = states
/// Get the latest state.
member this.Current = states.Head
/// An 'int' instance of the state tracker class. Note that the type parameter is inferred.
let tracker = StateTracker 10
// Add a state
tracker.UpdateState 17
Aby zaimplementować interfejs, można użyć składni interface ... with lub wyrażenia obiektu .
module ImplementingInterfaces =
/// This is a type that implements IDisposable.
type ReadFile() =
let file = new System.IO.StreamReader("readme.txt")
member this.ReadLine() = file.ReadLine()
// This is the implementation of IDisposable members.
interface System.IDisposable with
member this.Dispose() = file.Close()
/// This is an object that implements IDisposable via an Object Expression
/// Unlike other languages such as C# or Java, a new type definition is not needed
/// to implement an interface.
let interfaceImplementation =
{ new System.IDisposable with
member this.Dispose() = printfn "disposed" }
Które typy użyć
Obecność klas, rekordów, związków dyskryminowanych i krotki prowadzi do ważnego pytania: którego należy użyć? Podobnie jak większość wszystkiego w życiu, odpowiedź zależy od Twoich okoliczności.
Krotki doskonale nadają się do zwracania wielu wartości z funkcji oraz do używania doraźnej agregacji wartości jako samej wartości.
Rekordy są "krokiem naprzód" w stosunku do krotek, z nazwanymi etykietami i obsługą opcjonalnych członków. Doskonale nadają się do prostej reprezentacji danych przesyłanych w trakcie działania programu. Ponieważ mają równość strukturalną, są łatwe w porównaniu.
Związki dyskryminujące mają wiele zastosowań, ale główną korzyścią jest możliwość ich wykorzystania w połączeniu z dopasowywaniem wzorców, aby uwzględnić wszystkie możliwe "kształty", jakie mogą przybrać dane.
Klasy są doskonałe z wielu powodów, takich jak wtedy, gdy trzeba reprezentować informacje, a także powiązać te informacje z funkcjonalnością. Zasadniczo, gdy masz funkcjonalność, która jest koncepcyjnie powiązana z pewnymi danymi, użycie klas i zasad Object-Oriented Programming przynosi znaczące korzyści. Klasy są również preferowanym typem danych podczas współdziałania z językami C# i Visual Basic, ponieważ te języki używają klas prawie wszystkiego.
Następne kroki
Teraz, gdy znasz już niektóre podstawowe funkcje języka, możesz przystąpić do pisania pierwszych programów języka F#. Zapoznaj się z Rozpoczęcie pracy, aby dowiedzieć się, jak skonfigurować środowisko deweloperskie i napisać kod.
Zapoznaj się również z dokumentacja języka F#, aby zobaczyć kompleksową kolekcję zawartości koncepcyjnej w języku F#.
