Тур по F#
Лучший способ узнать о F# — чтение и запись кода F#. В этой статье рассматривается некоторые ключевые функции F# и предоставляются некоторые фрагменты кода, которые можно выполнить на компьютере. Чтобы узнать о настройке среды разработки, ознакомьтесь с Начало работы.
В F#есть два основных понятия: функции и типы. В этом туре подчеркивается особенности языка, который входит в эти две концепции.
Выполнение кода в сети
Если у вас на компьютере не установлен F#, вы можете выполнить все примеры в браузере, используя Try F# в Fable. Fable — это диалект F#, который выполняется непосредственно в браузере. Чтобы просмотреть примеры, приведенные в REPL, посмотрите Samples > Learn > Tour of F# в левом меню Fable REPL.
Функции и модули
Наиболее фундаментальными компонентами любой программы F# являются функции организованы в модули .
Функции выполняют работу над входными данными для создания выходных данных, и они организованы в модулях, которые являются основным способом группирования в языке программирования F#. Они определяются с помощью let привязки, которая дает функции имя и определяет его аргументы.
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}"
Привязки let также означают привязку значения к имени, как это делается с переменными в других языках.
let привязки по умолчанию неизменяемые, что означает, что после привязки значения или функции к имени невозможно изменить непосредственно. Это отличается от переменных в других языках, которые изменяемые, то есть их значения можно изменять в любой момент времени. Если требуется изменяемая привязка, можно использовать синтаксис 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}"
Числа, логические значения и строки
Как язык .NET, F# поддерживает те же базовые примитивные типы, которые существуют в .NET.
Вот как представлены различные числовые типы в 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}"
Ниже приведены логические значения и выполнение базовой условной логики:
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}"
И вот как выглядит базовая манипуляция со строками :
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}"
Кортежи
Кортежи являются важной частью в F#. Они представляют собой группирование неименованных, но упорядоченных значений, которые можно рассматривать как сами значения. Думайте о них как о значениях, которые агрегируются из других значений. У них есть много использования, например удобно возвращать несколько значений из функции или группировать значения для некоторого удобства.
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}"
Вы также можете создавать кортежи «struct». Они также полностью взаимодействуют с кортежами C#7/Visual Basic 15, которые также являются кортежами 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)}"
Важно отметить, что поскольку кортежи struct являются типами значений, они не могут быть неявно преобразованы в ссылочные кортежи или наоборот. Необходимо явно преобразовывать между ссылкой и структурным кортежем.
Трубопроводы
Оператор канала |> широко используется при обработке данных в F#. Этот оператор позволяет устанавливать "конвейеры" функций гибким образом. В следующем примере показано, как воспользоваться преимуществами этих операторов для создания простого функционального конвейера:
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}"
В предыдущем примере используется множество функций F#, включая функции обработки списка, функции первого класса и частичныеприложения. Хотя это расширенные понятия, следует четко определить, насколько легко функции можно использовать для обработки данных при создании конвейеров.
Списки, массивы и последовательности
Списки, массивы и последовательности — это три основных типа коллекций в основной библиотеке F#.
Коллекции списков являются упорядоченными, неизменяемыми и состоят из элементов одного типа. Они представляют собой односвязные списки, что означает, что они предназначены для перечисления, но являются плохим выбором для случайного доступа и объединения, если они большие. Это отличается от списков на других популярных языках, которые обычно не используют последовательно связанный список для представления списков.
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}"
массивы имеют фиксированный размер, изменяемые коллекции элементов одного типа. Они поддерживают быстрый случайный доступ к элементам и быстрее, чем списки F#, так как они просто являются смежными блоками памяти.
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://learn.microsoft.com/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}"
последовательности — это логический ряд элементов, все один и тот же тип. Это более общий тип, чем списки и массивы, способный стать вашим "представлением" любого логического ряда элементов. Они также отличаются тем, что могут быть ленивыми, что означает, что вычисление элементов происходит только при необходимости.
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}"
Рекурсивные функции
Обработка коллекций или последовательностей элементов обычно выполняется с рекурсии в F#. Хотя F# поддерживает циклы и императивное программирование, рекурсия предпочтительна, так как проще гарантировать правильность.
Заметка
В следующем примере используется сопоставление шаблонов с помощью выражения match. Эта фундаментальная конструкция рассматривается далее в этой статье.
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}"
F# также обладает полной поддержкой оптимизации хвостовых вызовов, что позволяет рекурсивным вызовам быть так же быстрыми, как и конструкции циклов.
Типы записей и дискриминируемых объединений
Типы записей и союзов являются двумя основными типами данных, используемыми в коде F#, и, как правило, лучше всего представлять данные в программе F#. Хотя это делает их похожими на классы на других языках, одно из их основных различий заключается в том, что они имеют семантику структурного равенства. Это означает, что они "изначально" сопоставимы и равенство просто - просто проверить, равен ли один другому.
записи данных — это совокупность именованных значений с необязательными элементами (такими как методы). Если вы знакомы с C# или Java, то они должны казаться аналогичными POCO или POJO — только со структурным равенством и меньшей формальностью.
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://learn.microsoft.com/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}"
Вы также можете представлять записи в виде структур. Это делается с помощью атрибута [<Struct>]:
[<Struct>]
type ContactCardStruct =
{ Name : string
Phone : string
Verified : bool }
дискриминирующие объединения (DU) — это значения, которые могут быть рядом именованных форм или случаев. Данные, хранящиеся в типе, могут быть одним из нескольких различных значений.
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}"
Вы также можете использовать DUs в качестве Single-Caseразличаемых профсоюзов, чтобы помочь в моделировании домена по примитивным типам. Часто строки и другие примитивные типы используются для представления чего-либо и, таким образом, имеют определенное значение. Однако использование только примитивного представления данных может привести к ошибочному назначению неправильного значения! Представляя каждый тип информации как отдельное объединение одного варианта, можно обеспечить правильность в этом сценарии.
// 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}"
Как показано в приведенном выше примере, чтобы получить базовое значение в дискриминируемом объединении с одним случаем, необходимо явно распаковать его.
Кроме того, DUS также поддерживают рекурсивные определения, что позволяет легко представлять деревья и рекурсивные данные. Например, вот как можно представить дерево двоичного поиска с помощью exists и функций 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.
Поскольку DUs позволяют представлять рекурсивную структуру дерева в типе данных, работа с этой рекурсивной структурой проста и гарантирует правильность. Он также поддерживается в сопоставлении шаблонов, как показано ниже.
Сопоставление с шаблоном
Pattern Matching — это функция F#, которая обеспечивает корректность при работе с типами F#. В приведённых выше примерах вы, вероятно, заметили довольно много синтаксиса match x with .... Эта конструкция позволяет компилятору, который может понимать "форму" типов данных, заставлять вас учитывать все возможные случаи при использовании данного типа данных посредством так называемого исчерпывающего сопоставления шаблонов. Это невероятно эффективно для обеспечения правильности и может быть умно использовано для преобразования того, что обычно является проблемой времени выполнения, в задачу времени компиляции.
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
В следующем примере представлен шаблон _, который вы могли заметить раньше. Это известно как подстановочный шаблон, который является способом сказать: "Мне всё равно, что это такое". Хотя это удобно, вы можете случайно пропустить исчерпывающее сопоставление шаблонов и перестать использовать проверки во время компиляции, если будете неосторожно использовать _. Лучше всего использовать, когда вам не важны некоторые элементы разложенного типа при сопоставлении с шаблоном или в окончательной конструкции, когда вы перечислили все значимые случаи в выражении сопоставления с шаблоном.
В следующем примере случай _ используется при ошибке операции синтаксического анализа.
/// 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
активные шаблоны — это еще одна мощная конструкция, используемая для сопоставления шаблонов. Они позволяют разделять входные данные на пользовательские формы, разлагая их в точке вызова сопоставления шаблонов. Они также могут быть параметризованы, что позволяет определить секцию как функцию. Расширение предыдущего примера для поддержки активных шаблонов выглядит примерно так:
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!"
Параметры
Одним из особых случаев типов различаемых союзов является тип option, который так полезен, что это часть основной библиотеки F#.
Тип параметра — это тип, представляющий один из двух вариантов: значение или ничего вообще. Он используется в любом сценарии, когда значение может привести к определенной операции или не может привести к ней. Затем это заставляет вас учитывать оба случая, что делает его проблемой во время компиляции, а не проблемой среды выполнения. Они часто используются в API, где null используется для представления "ничего" вместо этого, что устраняет необходимость беспокоиться о NullReferenceException во многих обстоятельствах.
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
Единицы измерения
Система типов F#включает возможность предоставления контекста числовых литералом через единиц измерения. Единицы измерения позволяют связать числовой тип с единицей измерения, например "Метры", а также выполнять операции с единицами, а не числовыми литералами. Это позволяет компилятору проверить правильность типов числовых литералов в определенном контексте, что, в свою очередь, устраняет ошибки времени выполнения, связанные с этой работой.
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"
Библиотека F# Core определяет множество типов единиц SI и преобразований единиц. Чтобы узнать больше, см. пространство имен FSharp.Data.UnitSystems.SI.UnitSymbols.
Программирование объектов
F# имеет полную поддержку программирования объектов с помощью классов, интерфейсов , абстрактных классов, наследованияи т. д.
классы — это типы, представляющие объекты .NET, которые могут иметь свойства, методы и события как свои члены.
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}"
Определение универсальных классов также просто.
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
Для реализации интерфейса можно использовать синтаксис interface ... with или выражение объекта.
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" }
Какие типы следует использовать
Наличие классов, записей, дискриминируемых объединений и кортежей приводит к важному вопросу: что следует использовать? Как и большинство всего в жизни, ответ зависит от ваших обстоятельств.
Кортежи отлично подходят для возврата нескольких значений из функции и использования составного набора значений как одного значения.
Записи — это "шаг вперед" по сравнению с кортежами, так как они содержат именованные метки и поддержку необязательных элементов. Они отлично подходят для упрощённого представления данных, передаваемых через вашу программу. Поскольку они имеют структурное равенство, их легко использовать в сравнении.
Дискриминирующие объединения имеют много областей применения, но основное их преимущество заключается в том, что они позволяют использовать паттерн-матчинг для учета всех возможных форм, которые могут принимать данные.
Классы отлично подходят для большого количества причин, таких как, когда необходимо представить информацию, а также связать эту информацию с функциональными возможностями. Как правило, если у вас есть функциональные возможности, которые концептуально связаны с некоторыми данными, использование классов и принципов программирования Object-Oriented является значительным преимуществом. Классы также являются предпочтительным типом данных при взаимодействии с C# и Visual Basic, так как эти языки используют классы почти для всего.
Дальнейшие действия
Теперь, когда вы видели некоторые основные функции языка, вы должны быть готовы к написанию первых программ F#! Ознакомьтесь с разделом Начало работы, чтобы узнать, как настроить среду разработки и написать код.
Кроме того, ознакомьтесь с справочником по языку F#, чтобы ознакомиться с исчерпывающей коллекцией концептуальных материалов по F#.
