Prohlídka jazyka F#

Článek
07/27/2023

Nejlepší způsob, jak se dozvědět o jazyce F#, je čtení a zápis kódu F#. Tento článek vás provede některými klíčovými funkcemi jazyka F# a nabídne vám fragmenty kódu, které můžete spustit na svém počítači. Informace o nastavení vývojového prostředí najdete v tématu Začínáme.

V jazyce F# existují dva základní koncepty: funkce a typy. Tato prohlídka zdůrazňuje vlastnosti jazyka, které spadají do těchto dvou konceptů.

Spuštění kódu online

Pokud nemáte na svém počítači nainstalovaný jazyk F#, můžete všechny ukázky spustit v prohlížeči pomocí příkazu Try F# v jazyce Fable. Fable je dialekt jazyka F#, který se spouští přímo v prohlížeči. Pokud chcete zobrazit následující ukázky v REPL, podívejte se na ukázkové > seznámení > s jazykem F# v levém řádku nabídek Fable REPL.

Funkce a moduly

Nejzákladnějšími součástmi každého programu F# jsou funkce uspořádané do modulů. Funkce provádějí práci na vstupech, aby vytvořily výstupy, a jsou uspořádané v modulech, což je primární způsob, jak seskupit věci v jazyce F#. Jsou definovány pomocí vazbylet, která funkci pojmenuje a definuje její 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 vazby jsou také způsob, jakým svážete hodnotu s názvem, podobně jako proměnná v jiných jazycích. let vazby jsou ve výchozím nastavení neměnné , což znamená, že jakmile je hodnota nebo funkce vázána na název, nelze ji místně změnit. To je na rozdíl od proměnných v jiných jazycích, které jsou proměnlivé, což znamená, že jejich hodnoty lze kdykoli změnit. Pokud potřebujete měnitelnou vazbu, můžete použít let mutable ... syntaxi.

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}"

Čísla, logické hodnoty a řetězce

Jako jazyk .NET podporuje jazyk F# stejné základní primitivní typy , které existují v .NET.

Různé číselné typy jsou v jazyce F# reprezentovány takto:

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}"

Takto vypadají logické hodnoty a provádění základní podmíněné logiky:

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}"

Základní manipulace s řetězci vypadá takto:

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}"

N-tice

Řazené kolekce členů jsou v jazyce F# hodně. Jedná se o seskupení nepojmenovaných, ale seřazených hodnot, které lze považovat za samotné hodnoty. Představte si je jako hodnoty, které jsou agregované z jiných hodnot. Mají mnoho použití, například pohodlné vrácení více hodnot z funkce nebo seskupování hodnot pro určité pohodlí ad hoc.

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}"

Můžete také vytvořit struct řazené kolekce členů. Tyto řazené kolekce členů také plně fungují s řazenými kolekcemi členů C#7/Visual Basic 15, které jsou také struct řazenými kolekcemi členů:

/// 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)}"

Je důležité si uvědomit, že protože struct řazené kolekce členů jsou typy hodnot, nelze je implicitně převést na odkazované řazené kolekce členů ani naopak. Je nutné explicitně převést mezi odkazem a strukturou řazené kolekce členů.

Pipelines

Operátor |> kanálu se často používá při zpracování dat v jazyce F#. Tento operátor umožňuje flexibilní vytváření "kanálů" funkcí. Následující příklad vás provede tím, jak můžete využít tyto operátory k vytvoření jednoduchého funkčního kanálu:

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}"

Předchozí ukázka využívala mnoho funkcí jazyka F#, včetně funkcí zpracování seznamů, prvotřídních funkcí a částečného použití. I když se jedná o pokročilé koncepty, mělo by být jasné, jak snadno lze funkce použít ke zpracování dat při vytváření kanálů.

Seznamy, pole a sekvence

Seznamy, pole a sekvence jsou tři primární typy kolekcí v základní knihovně jazyka F#.

Seznamy jsou uspořádané neměnné kolekce prvků stejného typu. Jsou to jednotlivě propojené seznamy, což znamená, že jsou určené pro výčet, ale špatná volba pro náhodný přístup a zřetězení, pokud jsou velké. To je na rozdíl od seznamů v jiných oblíbených jazycích, které obvykle nepoužívají jednotlivě propojený seznam k reprezentaci seznamů.

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}"

Pole jsou proměnlivé kolekce prvků stejného typu s pevnou velikostí. Podporují rychlý náhodný přístup k prvkům a jsou rychlejší než seznamy F#, protože jsou to jen souvislé bloky paměti.

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}"

Sekvence jsou logické řady prvků stejného typu. Jedná se o obecnější typ než Seznamy a pole, které mohou být vaším "zobrazením" do jakékoli logické řady prvků. Vynikají také tím, že mohou být líné, což znamená, že prvky lze vypočítat pouze tehdy, když jsou potřeba.

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}"

Rekurzivní funkce

Zpracování kolekcí nebo sekvencí prvků se obvykle provádí pomocí rekurze v jazyce F#. I když jazyk F# podporuje smyčky a imperativní programování, upřednostňuje se rekurze, protože je snazší zaručit správnost.

Poznámka

Následující příklad používá porovnávání vzorů prostřednictvím výrazu match . Tento základní konstruktor je popsaný dále v tomto článku.

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# má také plnou podporu pro optimalizaci koncových volání, což je způsob, jak optimalizovat rekurzivní volání tak, aby byla stejně rychlá jako konstrukce smyčky.

Záznamové a diskriminované typy sjednocení

Typy záznamů a sjednocení jsou dva základní datové typy používané v kódu jazyka F# a jsou obecně nejlepším způsobem, jak znázorňovat data v programu jazyka F#. I když se díky tomu podobají třídám v jiných jazycích, jedním z jejich hlavních rozdílů je, že mají strukturální sémantiku rovnosti. To znamená, že jsou "nativně" srovnatelné a rovnost je jednoduchá – stačí zkontrolovat, jestli je jedna rovna druhému.

Záznamy jsou agregace pojmenovaných hodnot s volitelnými členy (například metodami). Pokud znáte jazyk C# nebo Javu, měly by vám připadat podobné jako pojo nebo pojo – jen se strukturální rovností a menší ceremonií.

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}"

Záznamy můžete také reprezentovat jako struktury. K tomu slouží [<Struct>] atribut :

[<Struct>]
type ContactCardStruct =
    { Name     : string
      Phone    : string
      Verified : bool }

Diskriminované sjednocení (DU) jsou hodnoty, které mohou být řadou pojmenovaných formulářů nebo případů. Data uložená v typu můžou být jedna z několika odlišných hodnot.

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}"

Jednotky DU můžete také použít jako jednotek s rozlišováním malých a velkých písmen, které vám pomůžou s modelováním domén u primitivních typů. Řetězce a jiné primitivní typy se často používají k reprezentaci něčeho, a proto mají zvláštní význam. Použití pouze primitivní reprezentace dat však může vést k chybnému přiřazení nesprávné hodnoty. Reprezentace jednotlivých typů informací jako samostatného sjednocení s jedním případem může vynutit správnost v tomto scénáři.

// 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 ukazuje výše uvedená ukázka, abyste získali podkladovou hodnotu v jednotce diskriminovaného jednoho případu, musíte ji explicitně rozbalit.

Jednotky DU navíc podporují rekurzivní definice, což umožňuje snadno znázorňovat stromy a ze své podstaty rekurzivní data. Tady je například postup, jak můžete reprezentovat binární strom vyhledávání pomocí exists funkcí a .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.

Vzhledem k tomu, že jednotky DU umožňují reprezentovat rekurzivní strukturu stromu v datovém typu, je operace s touto rekurzivní strukturou jednoduchá a zaručuje správnost. Podporuje se také při porovnávání vzorů, jak je znázorněno níže.

Porovnávání vzorů

Porovnávání vzorů je funkce jazyka F#, která umožňuje správnost pro fungování typů F#. Ve výše uvedených ukázkách jste si pravděpodobně všimli poměrně velké části match x with ... syntaxe. Tento konstruktor umožňuje kompilátoru, který rozumí "tvaru" datových typů, aby vás při použití datového typu přinutil zohlednit všechny možné případy při použití datového typu prostřednictvím toho, co se označuje jako vyčerpávající porovnávání vzorů. To je neuvěřitelně účinné z hlediska správnosti a dá se chytře použít k "lift" tomu, co by normálně bylo za běhu, do problému při kompilaci.

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

Něco, čeho jste si možná všimli, je použití _ vzoru . To se označuje jako zástupný vzor, což je způsob, jak říct "Je mi jedno, co něco je". I když je to vhodné, můžete nechtěně obejít vyčerpávající porovnávání vzorů a už nebudete moct využívat vynucování v době kompilace, pokud nebudete při používání _opatrní . Nejlíp se používá v případě, že vás nezajímají určité části rozloženého typu při porovnávání vzorů, nebo když máte výčet všech smysluplných případů ve výrazu porovnávání vzorů.

V následujícím příkladu se _ případ používá, když selže operace analýzy.

/// 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

Aktivní vzory jsou dalším výkonným konstruktorem, který se používá při porovnávání vzorů. Umožňují rozdělit vstupní data do vlastních formulářů a rozložit je na webu volání shody vzorů. Mohou být také parametrizovány, což umožňuje definovat oddíl jako funkci. Rozbalení předchozího příkladu o podporu aktivních vzorů vypadá přibližně takto:

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!"

Možnosti

Zvláštním případem diskriminovaných typů sjednocení je typ volby, který je natolik užitečný, že je součástí základní knihovny jazyka F#.

Typ možnosti je typ, který představuje jeden ze dvou případů: hodnotu nebo vůbec nic. Používá se ve všech scénářích, kde hodnota může nebo nemusí být výsledkem konkrétní operace. To vás pak přinutí zohlednit oba případy, takže se jedná o problém v době kompilace, nikoli o problém za běhu. Ty se často používají v rozhraních API, kde null se místo toho používají k reprezentaci "nic", čímž se v mnoha případech eliminuje nutnost starat se o to NullReferenceException .

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

Měrné jednotky

Systém typů jazyka F# zahrnuje možnost poskytovat kontext pro číselné literály prostřednictvím měrných jednotek. Měrné jednotky umožňují přidružit číselný typ k jednotce, jako jsou měřiče, a umožňují, aby funkce prováděly práci s jednotkami, a ne s číselnými literály. To kompilátoru umožňuje ověřit, že typy předaných číselných literálů mají v určitém kontextu smysl, a tím se eliminují chyby za běhu spojené s tímto druhem práce.

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"

Základní knihovna F# definuje mnoho typů jednotek SI a převodů jednotek. Další informace najdete v oboru názvů FSharp.Data.UnitSystems.SI.UnitSymbols.

Objektové programování

F# má plnou podporu pro programování objektů prostřednictvím tříd, rozhraní, abstraktních tříd, dědičnosti atd.

Třídy jsou typy, které představují objekty .NET, které mohou mít vlastnosti, metody a události jako své členy.

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}"

Definování obecných tříd je také jednoduché.

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

K implementaci rozhraní můžete použít syntaxi interface ... with nebo objektový výraz.

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" }

Které typy se mají použít

Přítomnost tříd, záznamů, diskriminovaných sjednocení a řazených kolekcí členů vede k důležité otázce: kterou byste měli použít? Jako většina všeho v životě, odpověď závisí na vašich okolnostech.

Řazené kolekce členů jsou skvělé pro vrácení více hodnot z funkce a použití ad hoc agregace hodnot jako samotné hodnoty.

Záznamy jsou "krok nahoru" z řazených kolekcí členů, které mají pojmenované popisky a podporu pro volitelné členy. Jsou skvělé pro reprezentaci přenášených dat přes váš program s nízkou úrovní ceremonií. Vzhledem k tomu, že mají strukturální rovnost, jsou snadno použitelné při porovnávání.

Diskriminované sjednocení mají mnoho použití, ale hlavní výhodou je možnost jejich využití ve spojení se porovnávání vzorů, aby se zohlednily všechny možné "obrazce", které mohou mít data.

Třídy jsou skvělé z mnoha důvodů, například když potřebujete reprezentovat informace a provázat tyto informace s funkčností. Obecně platí, že pokud máte funkce, které jsou koncepčně svázané s některými daty, je použití tříd a principů Object-Oriented programování významnou výhodou. Třídy jsou také upřednostňovaným datovým typem při spolupráci s C# a Visual Basicem, protože tyto jazyky používají třídy téměř pro všechno.

Další kroky

Teď, když jste viděli některé primární funkce jazyka, měli byste být připraveni na psaní svých prvních programů v jazyce F#. Podívejte se na Začínáme, kde se dozvíte, jak nastavit vývojové prostředí a napsat nějaký kód.

Podívejte se také na referenční informace k jazyku F# , kde najdete komplexní kolekci koncepčního obsahu v jazyce F#.