Tour do F#
A melhor maneira de aprender sobre F# é ler e escrever códigos em F#. Este artigo servirá como um tour por algumas das principais funcionalidades de F# e fornecerá alguns snippets de código para execução em seu computador. Para saber como configurar um ambiente de desenvolvimento, confira a Introdução.
Há dois conceitos principais em F#: funções e tipos. Este tour focará em funcionalidades da linguagem que se enquadram nesses dois conceitos.
Execução online do código
Se você não tiver o F# instalado no computador, execute todos os exemplos em seu navegador com Experimentar o F# no Fable. O Fable é um dialeto de F# que é executado diretamente no navegador. Para ver os exemplos a seguir no REPL, confira Exemplos > Aprender > Tour do F# na barra de menus à esquerda do Fable REPL.
Funções e módulos
As partes mais fundamentais de qualquer programa F# são as funções organizadas em módulos. As funções realizam trabalhos em entradas para produzir saídas e são organizadas em módulos, que são a principal maneira de agrupar coisas em F#. Elas são definidas usando a associação let, que fornece um nome a elas e define seus argumentos.
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}"
As associações let também são usadas para associar um valor a um nome, assim como ocorre com uma variável em outros idiomas. As associações let são imutáveis por padrão, o que significa que não é possível alterar localmente um valor ou função uma vez que ele foi associado a um nome. Isso é diferente do caso das variáveis em outras linguagens, que são mutáveis, o que significa que seus valores podem ser alterados a qualquer momento. Se você precisar de uma associação mutável, use a sintaxe 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}"
Números, boolianos e cadeias de caracteres
Como uma linguagem .NET, F# dá suporte aos mesmos tipos primitivos subjacentes que existem no .NET.
Veja a seguinte explicação sobre como diversos tipos numéricos são representados em 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}"
Veja a seguinte explicação sobre como são os valores boolianos e a execução da lógica condicional básica:
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}"
Por fim, veja a seguinte explicação sobre como é a manipulação básica de cadeia de caracteres:
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}"
Tuplas
Tuplas são importantes no F#. Ela são um agrupamento de valores não nomeados, mas ordenados, que podem ser tratados como valores próprios. Pense nelas como valores que são agregados de outros valores. Elas têm muitos usos, como o retorno conveniente de muitos valores de uma função ou o agrupamento de valores para alguma questão imediata de conveniência.
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}"
Também é possível criar tuplas struct. Elas também interoperam totalmente com tuplas C#7/Visual Basic 15, que também são tuplas 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)}"
É importante observar que, como as tuplas struct são tipos de valor, elas não podem ser convertidas implicitamente em tuplas de referência ou vice-versa. É necessário realizar a conversão explicitamente entre uma tupla de referência e uma tupla de struct.
Pipelines
O operador de pipe |> é usado extensivamente ao processar dados em F#. Ele permite estabelecer "pipelines" de funções de maneira flexível. O exemplo a seguir mostra como aproveitar esses operadores para criar um pipeline funcional simples:
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}"
O exemplo anterior fez uso de muitas funcionalidades de F#, incluindo funções de processamento de lista, funções de primeira classe e aplicação parcial. Embora esses sejam conceitos avançados, deve ficar claro que é muito fácil usar as funções para processar dados ao criar pipelines.
Listas, matrizes e sequências
Listas, matrizes e sequências são três tipos de coleção principais na biblioteca principal do F#.
As listas são coleções ordenadas e imutáveis de elementos do mesmo tipo. Elas são listas vinculadas individualmente, o que significa que são destinadas à enumeração. No entanto, elas representarão uma escolha ruim no caso de acesso aleatório e concatenação se forem grandes. Isso é diferente do que ocorre com as listas em outras linguagens populares, que normalmente não usam uma lista vinculada simples para representar listas.
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}"
As matrizes são coleções mutáveis e de tamanho fixo de elementos do mesmo tipo. Elas dão suporte ao acesso aleatório rápido de elementos e são mais rápidas do que as listas em F# porque são somente blocos contíguos de memória.
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}"
As sequências são uma série lógica de elementos, todos do mesmo tipo. Elas são um tipo mais geral do que listas e matrizes, e podem ser sua "exibição" em qualquer série lógica de elementos. Elas também se destacam porque podem ser lentas, o que significa que os elementos podem ser calculados apenas quando são necessários.
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}"
Funções Recursivas
O processamento de coleções ou sequências de elementos geralmente é feito com recursão em F#. Embora haja suporte em F# para loops e programação imperativa, a recursão é preferencial porque é mais fácil garantir a exatidão com ela.
Observação
O exemplo a seguir faz uso de padrões correspondentes por meio da expressão match. Esse constructo fundamental é abordado posteriormente no artigo.
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}"
A linguagem F# também dá suporte completo à otimização de chamadas tail, que é uma maneira de otimizar chamadas recursivas para que elas sejam tão rápidas quanto um constructo de loop.
Registro e tipos de união discriminada
Registro e União são dois tipos de dados fundamentais usados em códigos F# que geralmente consistem na melhor maneira de representar dados em um programa em F#. Embora isso os torne semelhantes a classes em outras linguagens, uma de suas principais diferenças é que eles têm semântica de igualdade estrutural. Isso significa que eles são "nativamente" comparáveis e a igualdade é direta, basta verificar se um é igual ao outro.
Os registros são um agregado de valores nomeados, com membros opcionais (como métodos). Se você estiver familiarizado com C# ou Java, eles serão semelhantes a POCOs ou POJOs, mas com igualdade estrutural e menos cerimônia.
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}"
Também é possível representar registros como structs. Isso é feito com o atributo [<Struct>]:
[<Struct>]
type ContactCardStruct =
{ Name : string
Phone : string
Verified : bool }
As DUs (uniões discriminadas) são valores que podem ser diversos formulários ou casos nomeados. Os dados armazenados no tipo podem ser de diversos valores distintos.
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}"
Também é possível usar DUs como uniões discriminadas de caso único, a fim de ajudar na modelagem de domínio em tipos primitivos. Frequentemente, cadeias de caracteres e outros tipos primitivos são usados para representar algo e, portanto, recebem um significado particular. No entanto, usar somente a representação primitiva dos dados pode resultar na atribuição incorreta de um valor incorreto. Representar cada tipo de informação como uma união distinta de caso único pode impor a correção nesse cenário.
// 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}"
Como o exemplo acima demonstra, para obter o valor subjacente em uma união discriminada de caso único, é necessário desempacotá-la explicitamente.
Além disso, as DUs também dão suporte a definições recursivas, permitindo a fácil representação de árvores e dados inerentemente recursivos. Por exemplo, veja a seguir como representar uma árvore de pesquisa binária com as funções exists e 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.
Como as DUs permitem representar a estrutura recursiva da árvore no tipo de dados, operar nessa estrutura é simples e garante a correção. Isso também é compatível com os padrões correspondentes, conforme mostrado abaixo.
Correspondência padrão
Os padrões correspondentes são a funcionalidade de F# que permite a correção ao operar com tipos F#. Nos exemplos acima, você provavelmente notou um pouco de sintaxe match x with .... Esse constructo permite que o compilador, que pode entender a "forma" dos tipos de dados, imponha a consideração de todos os casos possíveis ao usar um tipo de dados por meio do que é conhecido como correspondência exaustiva de padrões. Isso é incrivelmente poderoso para a correção e pode ser usado de maneira útil para "elevar" o que normalmente seria uma preocupação de runtime em uma preocupação de tempo de compilação.
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
Você deve ter notado o uso do padrão _. Ele é conhecido como padrão curinga, que é uma maneira de dizer que não importa o que algo é. Embora conveniente, é possível ignorar acidentalmente a correspondência exaustiva de padrões e não aproveitar mais as imposições no tempo de compilação ao não ter cuidado no uso de _. É melhor usá-lo quando certas partes de um tipo decomposto não são importantes durante a correspondência de padrões ou quando, depois de enumerar todos os casos significativos em uma expressão de padrões correspondentes, a cláusula final também não é importante.
No exemplo a seguir, o caso _ é usado quando uma operação de análise falha.
/// 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
Os padrões ativos são outro constructo poderoso para usar com padrões correspondentes. Eles permitem particionar os dados de entrada em formulários personalizados, decompondo-os no site de chamada de correspondência de padrão. Eles também podem ser parametrizados, permitindo a definição da partição como uma função. Veja o seguinte exemplo do caso anterior de suporte a padrões ativos:
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!"
Opções
Um caso especial de tipos de união discriminada é o tipo de opção, que é tão útil que faz parte da biblioteca principal do F#.
O tipo de opção representa um dos dois seguintes casos: um valor ou nada. Ele é usado em qualquer cenário em que uma operação específica pode ou não resultar em um valor. Isso força você a considerar ambos os casos, tornando a questão uma preocupação de tempo de compilação em vez de uma preocupação de runtime. Esse tipo é geralmente usado em APIs em que null é usado para representar "nada", eliminando a necessidade de se preocupar com NullReferenceException em diversos cenários.
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
Unidades de medida
O sistema de tipos de F# inclui a capacidade de fornecer contexto para literais numéricos por meio de unidades de medida. As unidades de medida permitem associar um tipo numérico a uma unidade, como metros, e fazer com que as funções executem o trabalho em unidades em vez de em literais numéricos. Isso permite que o compilador verifique se os tipos de literais numéricos transmitidos fazem sentido em um determinado contexto, eliminando os erros de runtime associados a esse tipo de trabalho.
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"
A biblioteca principal de F# define muitos tipos de unidade SI e conversões de unidade. Para saber mais, confira o Namespace FSharp.Data.UnitSystems.SI.UnitSymbols.
Programação de objetos
O F# dá suporte total para a programação de objetos por meio de classes, interfaces, classes abstratas, herança e assim por diante.
As classes são tipos que representam objetos .NET que podem ter propriedades, métodos e eventos como membros.
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}"
A definição de classes genéricas também é bastante simples.
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
Para implementar uma Interface, use a sintaxe interface ... with ou uma expressão de objeto.
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" }
Tipos recomendados para uso
A presença de classes, registros, uniões discriminadas e tuplas leva a uma questão importante: qual deles é o recomendado? Como quase tudo na vida, a resposta depende da situação.
As tuplas são ótimas para retornar muitos valores de uma função e usar uma agregação ad hoc de valores como um valor em si.
Os registros são um "avanço" das tuplas, tendo rótulos nomeados e suporte para membros opcionais. Eles são ótimos para uma representação de baixa cerimônia dos dados em trânsito no programa. Como eles têm igualdade estrutural, são fáceis de usar com comparação.
As uniões discriminadas têm muitos usos, mas o principal benefício é poder utilizá-las com padrões correspondentes para considerar todas as "formas" possíveis que um dado pode ter.
As classes são ótimas por diversos motivos, como para representar informações e também vinculá-las a uma funcionalidade. Como regra geral, no caso de uma funcionalidade conceitualmente vinculada a algum dado, usar classes e os princípios da programação orientada a objetos resulta em um benefício significativo. As classes também são o tipo de dados preferencial ao interoperar com C# e Visual Basic, pois essas linguagens usam classes para quase tudo.
Próximas etapas
Agora que você viu algumas das principais funcionalidades da linguagem, deve estar pronto para escrever seus primeiros programas em F#. Confira a Introdução para saber como configurar seu ambiente de desenvolvimento e escrever alguns códigos.
Além disso, confira a Referência da linguagem F# para ver uma coleção abrangente de conteúdos conceituais sobre F#.
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