diff --git a/zh-cn/fsharp.md b/zh-cn/fsharp.md new file mode 100644 index 0000000000..e6ea5ab1d0 --- /dev/null +++ b/zh-cn/fsharp.md @@ -0,0 +1,642 @@ +--- +name: F# +contributors: + - ["Scott Wlaschin", "http://fsharpforfunandprofit.com/"] +translators: + - ["Endericedragon", "http://github.com/endericedragon"] +filename: learnfsharp.fs +--- + +F# 是一款通用的、函数式的面向对象语言。它既开源又免费，并且在Linux、Mac和Windows等多平台上均可运行。 + +这款语言拥有强大的类型系统，许多错误在编译期间即可被发现并随之被修复。不过，由于 F# 采用了类型推理技术（译者注：不需手动指定，而是通过上下文自动推断变量的类型），在读代码时往往给人一种动态类型语言的错觉。 + +需要留意的是， F# 的语法和“类C语言”有较大不同： +- 使用**缩进**来组织代码块（类似Python那样），而不是大括号。 +- 使用**空格**来分隔函数的各个参数，而不是逗号。 + +若您想尝试运行以下代码，看看效果如何的话，请移步[https://try.fsharp.org](https://try.fsharp.org)，将代码粘贴进交互式REPL界面运行吧。 + +```fsharp +// 单行注释以双斜杠开头 +(* 多行注释以包裹在 (* , *) 之间 +多行注释至此结束- *) + +// ================================================ +// 基础语法 +// ================================================ + +// ------ "变量" (实际上默认不可变) ------ +// "let" 关键字可定义一个（不可变的）变量 +let myInt = 5 +let myFloat = 3.14 +let myString = "hello" // 注意，并不需要指定类型 + +// 可变变量用 "mutable" 标注 +let mutable a=3 +a <- 4 // a现在的值是4 + +// 稍有不同的可变变量 +// Reference cell是一种容器，允许您使用引用语义来创建可变变量（create mutable values with reference semantics） +// 译者注：和Rust的RefCell类似，提供容器内部的可变性 +// 详见 https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/fsharp/language-reference/reference-cells +let xRef = ref 10 +printfn "%d" xRef.Value // 10 +xRef.Value <- 11 +printfn "%d" xRef.Value // 11 + +let a = [ref 0; ref 1] // 装有可变元素的列表 +a[0].Value <- 2 + +// ------ 列表Lists ------ +let twoToFive = [2; 3; 4; 5] // 使用方括号创建列表 + // 元素间使用**分号**分隔 +let oneToFive = 1 :: twoToFive // :: 创建新列表，并将新元素添加到开头 +// 结果为 [1; 2; 3; 4; 5] +let zeroToFive = [0; 1] @ twoToFive // @ 可合并两个列表 + +// 重要提示：是使用分号来分隔语句，而不是逗号！！ + +// ------ 函数 ------ +// "let" 关键字也可以用来定义函数 +let square x = x * x // 注意，没有使用圆括号 +square 3 // 注意，运行函数时也不需要圆括号 + +let add x y = x + y // 切勿将参数写成 (x, y)！ + // 这是元组Tuple的写法（稍后介绍）， + // 和函数参数完全不同 +add 2 3 // 调用该函数 + +// 使用缩进来定义一个多行的复杂函数。不需要写分号 +let evens list = + let isEven x = x % 2 = 0 // 定义**子函数** "isEven"。 + // 注意“相等”是使用单等号'='而不是双等号"==" + List.filter isEven list // List.filter 是个 F# 库函数，它有两个参数： + // - 返回值为boolean的函数 + // - 待处理的列表 + +evens oneToFive // 调用该函数 + +// 圆括号可用于显式地标注计算优先级。在下述示例代码中： +// 1. 首先进行 List.map 计算，该函数具有两个参数 +// 2. 然后进行 List.sum 计算，将上一步的结果作为该步的参数 +// 若不写圆括号，"List.map" 就会被当作参数传递给 List.sum + +let sumOfSquaresTo100 = + List.sum ( List.map square [1..100] ) + +// 使用管道操作符 "|>" ，可以将上一步的输出（译者注：即返回值）输送给下一步作为输入 +// 管道操作在 F# 中很常见，其语义也与 UNIX 操作系统中的管道操作非常相似。 + +// 使用管道操作符，可将 sumOfSquares 函数重构为如下形式： +let sumOfSquaresTo100piped = + [1..100] |> List.map square |> List.sum // "square" 函数就是之前定义的，求平方的函数 + +// 匿名函数（或作lambda函数）可用 "fun" 关键字定义 +let sumOfSquaresTo100withFun = + [1..100] |> List.map (fun x -> x * x) |> List.sum + +// F# 中没有"return" 关键字，因为函数总是返回最后一个表达式的值。 + +// ------ 模式匹配 ------ +// 模式匹配 match..with.. 是个加强版的 case/switch +let simplePatternMatch = + let x = "a" + match x with + | "a" -> printfn "x is a" + | "b" -> printfn "x is b" + | _ -> printfn "x is something else" // 下划线可匹配任意值 + +// F# 默认不支持空值（null），您必须使用Option类型以便随后进行模式匹配 +// Some(..) 和 None 均为Option类型的一种，用于表示"可能为空值"的两种情况 +let validValue = Some(99) +let invalidValue = None + +// 在下列示例中，match..with 不仅匹配了 "Some" 和 "None" 两种情况， +// 还同时将 "Some" 中的内容给解包出来了 +let optionPatternMatch input = + match input with + | Some i -> printfn "input is an int=%d" i + | None -> printfn "input is missing" + +optionPatternMatch validValue +optionPatternMatch invalidValue + +// ------ 打印内容 ------ +// printf/printfn 函数与 C# 中的 Console.Write/WriteLine 函数类似 +printfn "Printing an int %i, a float %f, a bool %b" 1 2.0 true +printfn "A string %s, and something generic %A" "hello" [1; 2; 3; 4] + +// 若要按一定格式生成字符串，可以使用 sprintf/sprintfn 函数， +// 它们与 C# 中的 String.Format 函数类似 + +// ================================================ +// 函数漫谈 +// ================================================ + +// F# 是函数式编程语言：函数是其一等公民，通过组合不同函数可以实现强大的功能 + +// 模块（Modules）可以将一系列函数组织到一起 +// 每个模块使用标识符（Indentation）来唯一标记 +module FunctionExamples = + + // 定义一个简单的求和函数 + let add x y = x + y + + // 函数的基础使用 + let a = add 1 2 + printfn "1 + 2 = %i" a + + // 函数的“部分应用”（partial application）可事先“固化”参数 + let add42 = add 42 + let b = add42 1 + printfn "42 + 1 = %i" b + + // 函数的组合（composition）可将多个函数“串接”起来 + let add1 = add 1 + let add2 = add 2 + let add3 = add1 >> add2 + let c = add3 7 + printfn "3 + 7 = %i" c + + // 高阶函数 + [1..10] |> List.map add3 |> printfn "new list is %A" + + // 函数列表，以及 List.reduce 函数 + let add6 = [add1; add2; add3] |> List.reduce (>>) + let d = add6 7 + printfn "1 + 2 + 3 + 7 = %i" d + +// ================================================ +// 列表与集合（collection） +// ================================================ + +// F# 内置了三种有序集合： +// * 列表（List）是最基本的、不可变的集合类型 +// * 数组（Arrays）是可变的，按需使用可令程序更高效 +// * 序列（Sequences）是惰性的、无限的集合类型（例如枚举器enumerator） +// +// 除此以外，还有诸如不可变哈希表、不可变哈希集合、 +// 以及所有 .NET 中定义的标准集合类型等 + +module ListExamples = + + // 列表使用方括号 + let list1 = ["a"; "b"] + let list2 = "c" :: list1 // :: 将元素添加到开头 + let list3 = list1 @ list2 // @ 将两个列表连接起来 + + // 列表推导式（list comprehensions），也被称为生成器（generators） + let squares = [for i in 1..10 do yield i * i] + + // 素数生成器 + // - 本例采用了模式匹配的简写语法 + // - (p::xs) 匹配列表的 “第一个元素 :: 其余所有元素” ，写成 p :: xs也可以 + // 此时，p匹配到列表的第一个元素，而其余元素被xs匹配到 + // 这种写法被称为构造模式（cons pattern） + // - 在写递归函数时，必须使用 "rec" 关键字 + let rec sieve = function + | (p::xs) -> p :: sieve [ for x in xs do if x % p > 0 then yield x ] + | [] -> [] + let primes = sieve [2..50] + printfn "%A" primes + + // 对列表进行模式匹配 + let listMatcher aList = + match aList with + | [] -> printfn "the list is empty" + | [first] -> printfn "the list has one element %A " first + | [first; second] -> printfn "list is %A and %A" first second + | first :: _ -> printfn "the list has more than two elements, first element %A" first + + listMatcher [1; 2; 3; 4] + listMatcher [1; 2] + listMatcher [1] + listMatcher [] + + // 接受列表作参数的递归函数 + let rec sum aList = + match aList with + | [] -> 0 + | x::xs -> x + sum xs + sum [1..10] + + // ----------------------------------------- + // 列表的标准库函数 + // ----------------------------------------- + + // map + let add3 x = x + 3 + [1..10] |> List.map add3 + + // filter + let even x = x % 2 = 0 + [1..10] |> List.filter even + + // 还有很多，详见文档 + +module ArrayExamples = + + // 数组（Array）用 [| 和 |] 包裹 + let array1 = [| "a"; "b" |] + let first = array1.[0] // 用 . 来索引元素 + + // 数组和列表的模式匹配语法完全相同 + let arrayMatcher aList = + match aList with + | [| |] -> printfn "the array is empty" + | [| first |] -> printfn "the array has one element %A " first + | [| first; second |] -> printfn "array is %A and %A" first second + | _ -> printfn "the array has more than two elements" + + arrayMatcher [| 1; 2; 3; 4 |] + + // Array的标准库函数和List也几乎一样 + + [| 1..10 |] + |> Array.map (fun i -> i + 3) + |> Array.filter (fun i -> i % 2 = 0) + |> Array.iter (printfn "value is %i. ") + + +module SequenceExamples = + + // 序列（Sequence）用大括号包裹 + let seq1 = seq { yield "a"; yield "b" } + + // 序列可以使用 "yield" 关键字，也可以包含子序列 + let strange = seq { + // "yield" 向序列中增添1个元素 + yield 1; yield 2; + + // "yield!" 则是增添一个子序列 + yield! [5..10] + yield! seq { + for i in 1..10 do + if i % 2 = 0 then yield i }} + // 试试看吧！ + strange |> Seq.toList + + + // 序列可以通过 "Seq.unfold" 函数来创建 + // 下例演示如何用这个函数创建斐波那契数列 + let fib = Seq.unfold (fun (fst,snd) -> + Some(fst + snd, (snd, fst + snd))) (0,1) + + // 试试看吧！ + let fib10 = fib |> Seq.take 10 |> Seq.toList + printf "first 10 fibs are %A" fib10 + + +// ================================================ +// 数据类型 +// ================================================ + +module DataTypeExamples = + + // 默认情况下，所有的数据类型均是不可变的 + + // 元组（Tuple）是一种简单快捷的匿名类型 + // -- 使用逗号即可创建元组 + let twoTuple = 1, 2 + let threeTuple = "a", 2, true + + // 同样，使用模式匹配来解包元组 + let x, y = twoTuple // x, y分别被赋值为1, 2 + + // ------------------------------------ + // 记录（Record）类型由命名域构成（译者注：类似class的成员变量） + // 译者注：由于“记录”一词听起来像动词，下文将以英文原文Record来指代 + // ------------------------------------ + + // 使用 "type" 关键字和大括号来定义Record类型 + type Person = {First:string; Last:string} + + // 使用 "let" 关键字和大括号来创建Record实例 + let person1 = {First="John"; Last="Doe"} + + // 同样，使用模式匹配来解包Record实例 + let {First = first} = person1 // first被赋值为"John" + + // ------------------------------------ + // 联合类型（Union或Variants，类似于Rust中的枚举类型）拥有一系列的取值选项。其实例仅能从中取其一。 + // 译者注：由于联合类型与Rust中的枚举类型（enum）很相似，故后文将以“枚举类型”指代之 + // ------------------------------------ + + // 使用 "type" 关键字和竖线/管道符来定义枚举类型 + type Temp = + | DegreesC of float + | DegreesF of float + + // 使用一个选项来创建枚举实例 + let temp1 = DegreesF 98.6 + let temp2 = DegreesC 37.0 + + // 模式匹配可以解包枚举实例 + let printTemp = function + | DegreesC t -> printfn "%f degC" t + | DegreesF t -> printfn "%f degF" t + + printTemp temp1 + printTemp temp2 + + // ------------------------------------ + // 递归类型 + // ------------------------------------ + + // 类型可以通过递归组合成复杂的类型，无需创建子类 + type Employee = + | Worker of Person + | Manager of Employee list // 译者注：这儿发生了递归定义 + + let jdoe = {First="John"; Last="Doe"} + let worker = Worker jdoe + + // ------------------------------------ + // 使用枚举类型建模 + // ------------------------------------ + + // 枚举类型非常适合用于表述某种状态，再也不需要用数字等标志位（flag）来表征状态啦！ + type EmailAddress = + | ValidEmailAddress of string // 状态：合法邮件地址 + | InvalidEmailAddress of string // 状态：不合法邮件地址 + + let trySendEmail email = + match email with // 使用模式匹配 + | ValidEmailAddress address -> () // 可以发送 + | InvalidEmailAddress address -> () // 不能发送 + + // 组合使用枚举类型和Record类型为“域驱动的软件设计”（Domain Driven Design）提供了良好基础。 + // 您可以定义数以百计的类型，每一种都精准地反映着一个域（Domain） + + type CartItem = { ProductCode: string; Qty: int } + type Payment = Payment of float + type ActiveCartData = { UnpaidItems: CartItem list } + type PaidCartData = { PaidItems: CartItem list; Payment: Payment} + + type ShoppingCart = + | EmptyCart // 空购物车，没有数据 + | ActiveCart of ActiveCartData + | PaidCart of PaidCartData + + // ------------------------------------ + // 数据类型的内置行为 + // ------------------------------------ + + // 核心数据类型提供了开箱即用的默认行为与性质，无需额外编码。 + // * 不可变性 + // * 漂亮的打印输出，在debug时尤其好用 + // * 相等性与可比性 + // * 可序列化性 + + // 使用 %A 来输出复杂数据类型 + printfn "twoTuple=%A,\nPerson=%A,\nTemp=%A,\nEmployee=%A" + twoTuple person1 temp1 worker + + // 下列扑克牌示例展示了 F# 中内置的相等性与可比较性 + type Suit = Club | Diamond | Spade | Heart + type Rank = Two | Three | Four | Five | Six | Seven | Eight + | Nine | Ten | Jack | Queen | King | Ace + + let hand = [ Club, Ace; Heart, Three; Heart, Ace; + Spade, Jack; Diamond, Two; Diamond, Ace ] + + // 排序 + List.sort hand |> printfn "sorted hand is (low to high) %A" + List.max hand |> printfn "high card is %A" + List.min hand |> printfn "low card is %A" + + +// ================================================ +// 主动模式（Active patterns） +// ================================================ + +module ActivePatternExamples = + + // F# 中，有一种被称为“主动模式”的特殊模式匹配 + // 它可以在模式匹配中动态解析或检测模式（pattern）。 + // 译者注：译者个人倾向于把此所谓“主动模式”理解为，自定义某个数据类型在接受模式匹配时，会返回哪些情况 + + // 主动匹配的语法形似 "banana clips" （译者注：确实不知道banana clips是啥意思） + + // 您可以用elif代替else if，它们在 F# 中完全等价 + + // 下列示例使用主动模式去匹配不同类型的字符... + let (|Digit|Letter|Whitespace|Other|) ch = + if System.Char.IsDigit(ch) then Digit + elif System.Char.IsLetter(ch) then Letter + elif System.Char.IsWhiteSpace(ch) then Whitespace + else Other + + // ...然后使用它，可以看到解析逻辑十分清晰 + let printChar ch = + match ch with + | Digit -> printfn "%c is a Digit" ch + | Letter -> printfn "%c is a Letter" ch + | Whitespace -> printfn "%c is a Whitespace" ch + | _ -> printfn "%c is something else" ch + + // 用主动模式处理并打印一个列表 + ['a'; 'b'; '1'; ' '; '-'; 'c'] |> List.iter printChar + + // ----------------------------------- + // 用主动模式实现FizzBuzz + // ----------------------------------- + + // 您也可以在主动模式中实现“部分匹配” + // 只需在定义中使用下划线，并在匹配成功时返回 Some 即可 + let (|MultOf3|_|) i = if i % 3 = 0 then Some MultOf3 else None + let (|MultOf5|_|) i = if i % 5 = 0 then Some MultOf5 else None + + // fizzbuzz的主函数 + let fizzBuzz i = + match i with + | MultOf3 & MultOf5 -> printf "FizzBuzz, " + | MultOf3 -> printf "Fizz, " + | MultOf5 -> printf "Buzz, " + | _ -> printf "%i, " i + + // 试试看吧！ + [1..20] |> List.iter fizzBuzz + +// ================================================ +// 简明的 F# +// ================================================ + +module AlgorithmExamples = + + // F# 代码的“信噪比”很高，阅读代码时很容易就能弄明白算法的意图 + + // ------ 例子: 计算平方和 ------ + let sumOfSquares n = + [1..n] // 1) 取从 1 到 n 的所有整数 + |> List.map square // 2) 给每个整数求平方 + |> List.sum // 3) 将上一步的结果求和 + + // 试试看吧！ + sumOfSquares 100 |> printfn "Sum of squares = %A" + + // ------ 例子: 排序 ------ + // 译者注：下列示例实现的是朴素的快速排序算法 + let rec sort list = + match list with + // 若 list 是空表... + | [] -> + [] // ...则返回空表 + // 否则... + | firstElem::otherElements -> // 取其第一个元素 + let smallerElements = // 从剩余元素中提取比它小的 + otherElements + |> List.filter (fun e -> e < firstElem) + |> sort // 并排序 + let largerElements = // 同理，从剩余元素中提取比它大的 + otherElements + |> List.filter (fun e -> e >= firstElem) + |> sort // 并排序 + // 最后，将这三部分组合起来，返回一个新的列表 + List.concat [smallerElements; [firstElem]; largerElements] + + // 试试看吧！ + sort [1; 5; 23; 18; 9; 1; 3] |> printfn "Sorted = %A" + +// ================================================ +// 异步编程 +// ================================================ + +module AsyncExample = + + // F# 内置了对异步编程的支持 + // 从而规避了缩进地狱问题（"pyramid of doom"） + // 下列示例展示了如何使用异步编程，实现同时下载多个网页 + + open System.Net + open System + open System.IO + open Microsoft.FSharp.Control.CommonExtensions + + // 异步地访问URL，并获取其内容 + let fetchUrlAsync url = + async { // "async" 关键词和大括号将创建一个异步对象 （"async" object） + let req = WebRequest.Create(Uri(url)) + use! resp = req.AsyncGetResponse() + // use! 的意思是异步赋值，类似于JavaScript的await + use stream = resp.GetResponseStream() + // "use" 会让资源在当前作用域结束时自动 close() + use reader = new IO.StreamReader(stream) + let html = reader.ReadToEnd() + printfn "finished downloading %s" url + } + + // 准备以下网页喂给爬虫 + let sites = ["http://www.bing.com"; + "http://www.google.com"; + "http://www.microsoft.com"; + "http://www.amazon.com"; + "http://www.yahoo.com"] + + // 来试试看吧！ + sites + |> List.map fetchUrlAsync // 把每个URL都包装成一个异步任务 + |> Async.Parallel // 令所有任务并发地运行 + |> Async.RunSynchronously // 开始运行 + +// ================================================ +// .NET 兼容性 +// ================================================ + +module NetCompatibilityExamples = + + // C#能干的活，F# 基本上都能做。同时，F# 还无缝集成了 .Net 或 Mono 的库 + // 译者注：Mono库（Mono Libraries）的含义不太确定 + + // ------- 使用已有的库函数 ------- + + let (i1success, i1) = System.Int32.TryParse("123"); + if i1success then printfn "parsed as %i" i1 else printfn "parse failed" + + // ------- 简简单单实现接口（interface） ------- + + // 创建一个实现了 IDisposable 的对象 + let makeResource name = + { new System.IDisposable + with member this.Dispose() = printfn "%s disposed" name } + + let useAndDisposeResources = + use r1 = makeResource "first resource" + printfn "using first resource" + for i in [1..3] do + let resourceName = sprintf "\tinner resource %d" i + use temp = makeResource resourceName + printfn "\tdo something with %s" resourceName + use r2 = makeResource "second resource" + printfn "using second resource" + printfn "done." + + // ------- 面向对象编程 ------- + + // F# 对面向对象编程的支持也很成熟，支持类、接口、虚函数等 + + // 带有泛型的接口 + type IEnumerator<'a> = + abstract member Current : 'a + abstract MoveNext : unit -> bool + + // 带有虚函数的抽象基类 + [] + type Shape() = + // 只读的成员变量 + abstract member Width : int with get + abstract member Height : int with get + // 非虚函数 + member this.BoundingArea = this.Height * this.Width + // 虚函数，且带有默认实现 + abstract member Print : unit -> unit + default this.Print () = printfn "I'm a shape" + + // 具象子类，继承上述抽象基类，并覆写（override）了其中的函数 + type Rectangle(x:int, y:int) = + inherit Shape() + override this.Width = x + override this.Height = y + override this.Print () = printfn "I'm a Rectangle" + + // 试试看吧！ + let r = Rectangle(2, 3) + printfn "The width is %i" r.Width + printfn "The area is %i" r.BoundingArea + r.Print() + + // ------- 扩展已有类的方法 ------- + + // 与 C# 一样，F# 也可以使用扩展语法来扩展已有类的方法 + type System.String with + member this.StartsWithA = this.StartsWith "A" + + // 试试看吧！ + let s = "Alice" + printfn "'%s' starts with an 'A' = %A" s s.StartsWithA + + // ------- 事件 ------- + + type MyButton() = + let clickEvent = new Event<_>() + + [] + member this.OnClick = clickEvent.Publish + + member this.TestEvent(arg) = + clickEvent.Trigger(this, arg) + + // 测试效果 + let myButton = new MyButton() + myButton.OnClick.Add(fun (sender, arg) -> + printfn "Click event with arg=%O" arg) + + myButton.TestEvent("Hello World!") +``` + +## 更多信息 + +欲参阅更多 F# 示例代码，请移步 [why use F#](http://fsharpforfunandprofit.com/why-use-fsharp/) 系列文章。 + +欲更深入了解 F# ，请移步 [fsharp.org](http://fsharp.org/) 与 [dotnet's F# page](https://dotnet.microsoft.com/languages/fsharp)。