F# 20分钟快速上手（二）

这是系列文章的第二篇，读完本文后，您应当能够具备相当的阅读F#代码的能力。如果您没有看过第一篇，请看这里。

1.不可变性（Immutability）
您也许已经注意到，我一直使用“值（value）”来表示一个标识符（identifier），而不是“变量（variable）”。这是由于默认情况下，F#中的类型是不可变的（immutable），也就是说，一经创建即不可修改。看起来这是一个很大的限制，但是不可变性可以避免某种类型的bug。另外，不可变的数据天然地具备线程安全的特性，这意味着您无需在处理并行情况时担心同步锁的发生。我将在系列的第三篇中介绍异步编程。

如果您确实需要修改数据，可使用F#的mutable关键字，它会创建一个变量（而不是值）。我们可以通过左箭头操作符（<-）来修改变量的值。

> let mutable x = "the original value.";;
val mutable x : string
> printfn "x's value is '%s'" x;;
x's value is 'the original value.'
val it : unit = ()

> x <- "the new one.";;
val it : unit = ()
> printfn "x's value is now '%s'" x;;
x's value is now 'the new one.'
val it : unit = ()

2. 引用值（Reference values，Microsoft.FSharp.Core.Ref<_>）

引用值是另一种表示可修改数据的方式。但它不是将变量存储在堆栈（stack），引用值其实是一个指向存储在堆（heap）上的变量的指针（pointer）。在F#中使用可修改的值时会有些限制（比如不可以在内部lambda表达式中使用）。而ref对象则可被安全地传递，因为它们是不可变的record值（只是它有一个可修改的字段）。

使用引用值时，用“:=”赋一个新值，使用“!”进行解引用。

> let refCell = ref 42;;
val refCell : int ref

> refCell := -1;;
val it : unit = ()

> !refCell;;
val it : int = –1

3. 模块（Modules）

在上篇文章中，我只是随意地声明了几个值和函数。您也许会问，“要把它们放在哪里呢？”，因为在C#中所有一切都要属于相应的类。尽管在F#中，我们仍然可以用熟悉的方式声明标准的.NET类，但它也有模块的概念，模块是值、函数和类型的集合（可以对比一下命名空间，后者只能包含类型）。

这也是我们能够访问“List.map”的原因。在F#库（FSharp.Core.dll）中，有一个名为“List”的模块，它包含了函数“map”。

在快速开发的过程中，如果不需要花费时间去设计严格的面向对象类型体系，就可以采用模块来封装代码。要声明自己的模块，要使用module关键字。在下面的例子中，我们将为模块添加一个可修改的变量，该变量也是一个全局变量。

module ProgramSettings =
    let version = "1.0.0.0"
    let debugMode = ref false

module MyProgram =
    do printfn "Version %s" ProgramSettings.version
    open ProgramSettings
    debugMode := true

4. 元组（Tuples）

元组（tuple，发音为‘two-pull’）表示值的有序集合，而这些值可看作一个整体。按传统的方式，如果您要传递一组相关的值，需要创建结构（struct）或类（class），或者还需要“out”参数。使用元组我们可以将相关的值组织起来，同时并不需要引入新的类型。

要定义一个元组，只要将一组值用逗号分隔，并用圆括号把它们括起来即可。

> let tuple = (1, false, "text");;
val tuple : int * bool * string

> let getNumberInfo (x : int) = (x, x.ToString(), x * x);;
val getNumberInfo : int -> int * string * int

> getNumberInfo 42;;
val it : int * string * int = (42, "42", 1764)

函数甚至可以接受元组为参数：

> let printBlogInfo (owner, title, url) = printfn "%s's blog [%s] is online at '%s'" owner title url;; 
val printBlogInfo : string * string * string -> unit 

> let myBlog = ("Chris", "Completely Unique View", "http://blogs.msdn.com/chrsmith");;
val myBlog : string * string * string

> printBlogInfo myBlog;;
Chris's blog [Completely Unique View] is online at 'http://blogs.msdn.com/chrsmith'
val it : unit = ()

5. 函数柯里化（Function Currying）

F#提供的一个新奇的特性是可以只接受参数的一个子集，而接受部分参数的结果则是一个新的函数。这就是所谓的“函数柯里化”。比如，假设有一个函数接受3个整数，返回它们的和。我们可以只传入第一个参数，假设值为10，这样我们就可以说将原来的函数柯里化了，而它会返回一个新的函数——新函数接受两个整数，返回它们与10的和。

> let addThree x y z = x + y + z;;
val addThree : int -> int -> int -> int

> let addTwo x y = addThree 10 x y;;
val addTwo : int -> int -> int

> addTwo 1 1;;
val it : int = 12

6. Union类型（Union Types，Discriminated Unions）

考虑下面的枚举值：

enum CardSuit { Spade = 1, Club = 2, Heart = 3, Diamond = 4};

理论上，一个card实例只有一种可能的取值，但由于enum本质上只是整数，您不能确定它的值是否是有效的，在C#中，你可以这么写：

CardSuit invalid1 = (CardSuit) 9000;
CardSuit invalid2 = CardSuit.Club | CardSuit.Diamond;

另外，考虑下面的情形。如果您需要扩展一个enum：

enum Title { Mr, Mrs }

Title枚举可以工作地很好，但一段时间后，如果需要添加一个“Ms”值，那么每一个switch语句都面临一个潜在的bug。当然您可以尝试修复所有的代码，却难免会发生遗漏。

枚举可以很好地表达某些概念，但是却无法提供足够的编译器检查。F#中的Union类型可设定为一组有限的值：数据标签（data tag）。例如，考虑一个表示微软员工的Union：

type MicrosoftEmployee =
    | BillGates
    | SteveBalmer
    | Worker of string
    | Lead of string * MicrosoftEmployee list

如果有一个MicrosoftEmployee类型的实例，您就知道它必定是{BillGates，SteveBalmer，Worker，Lead}之一。另外，如果它是Worker，您可以知道有一个字符串与之关联，也许是他的名字。我们可以轻松地创建Union类型，而后使用模式匹配（下一小节）来匹配它们的值。

let myBoss = Lead("Yasir", [Worker("Chris"); Worker("Matteo"); Worker("Santosh")])

let printGreeting (emp : MicrosoftEmployee) =
    match emp with
    | BillGates   -> printfn "Hello, Bill"
    | SteveBalmer -> printfn "Hello, Steve"
    | Worker(name) | Lead(name, _)
                  -> printfn "Hello, %s" name

现在假设需要扩展Union类型：

type MicrosoftEmployee =
    | BillGates
    | SteveBalmer
    | Worker of string
    | Lead   of string * MicrosoftEmployee list
    | ChrisSmith

我们会看到一些编译器警告信息：

编译器检测到您没有匹配Union的每一个数据标签，发出了警告。像这样的检查会避免很多bug，要了解

更多的关于Union类型的信息，看这篇文章。

7. 模式匹配（Pattern Matching）

模式匹配看起来像是增强版的switch语句，允许您完成分支型控制流程。除了跟常数值进行比较外，还可以捕获新的值。比如在前面的例子中，我们在匹配Union数据标签时绑定了标识符“name”。

let printGreeting (emp : MicrosoftEmployee) =
    match emp with
    | BillGates   -> printfn "Hello, Bill"
    | SteveBalmer -> printfn "Hello, Steve"
    | Worker(name) | Lead(name, _)
                  -> printfn "Hello, %s" name

还可以对数据的“结构”进行匹配，比如对列表（list）进行匹配。（还记得吗，x :: y表示x为列表的一个元素，y是x之后的元素，而[]则是空列表。）

let listLength aList =
    match aList with
    | [] -> 0
    | a :: [] -> 1
    | a :: b :: [] -> 2
    | a :: b :: c :: [] -> 3
    | _ -> failwith "List is too big!"

在这个匹配的最后，我们使用了通配符“_”（下划线），它匹配任意值。如果aList变量包含多于三个的元素，最后的模式子句将执行，并抛出一个异常。模式匹配还可以我们执行任意表达式来确定模式是否匹配（如果表达式的值为false，则不匹配）。

let isOdd x =
    match x with
    | _ when x % 2 = 0 -> false
    | _ when x % 2 = 1 -> true

我们甚至可以使用动态类型测试进行匹配：

let getType (x : obj) =
    match x with
    | :? string -> "x is a string"
    | :? int -> "x is a int"
    | :? System.Exception -> "x is an exception"
    | :? _ -> "invalid type"

8. 记录类型（Records）

在声明包含若干个公有属性的类型时，记录类型是一种轻量级的方式。它的一个优势是，借助于类型推演系统，编译器可以通过值的声明得出适当的记录类型。

type Address = {Name : string; Address : string; Zip : int}

let whiteHouse = {Name = "The White House"; Address = "1600 Pennsylvania Avenue";
        Zip = 20500} 

在上面的例子中，首先定义了“Address”类型，那么在声明它的实例时，无须显式地使用类型注解，编译器可根据字段（属性）的名称自行得出类型的信息。所以whiteHouse的类型为Address。

9. Forward Pipe Operator（|>）

|>操作符只是简单地定义为：

let (|>) x f = f x

其类型前面信息为：

'a -> ('a -> 'b) -> 'b

可以这么来理解：x的类型为'a，函数f接受'a类型的参数，返回类型为'b，操作符的结果就是将x传递给f后所求得的值。

还是来看个例子吧：

// Take a number, square it, then convert it to a string, then reverse that string

let square x         = x * x
let toStr (x : int)  = x.ToString()
let rev   (x : string) = new String(Array.rev (x.ToCharArray()))

// 32 -> 1024 -> "1024" -> "4201"
let result = rev (toStr (square 32))

上面的代码是很直白的，但语法看起来却不太好。我们所做的就是将一个运算的结果传给下一个运算。我们可以通过引入几个变量来改写代码为：

let step1 = square 32
let step2 = toStr step1
let step3 = rev step2
let result = step3

但是我们需要维护这几个临时变量。|>操作符接受一个值，将其“转交”给一个函数。这会大大地简化F#代码：

let result = 32 |> square |> toStr |> rev

10. 序列（Sequence，System.Collections.Generic.IEnumerator<_>）

序列（在F#中为seq）是 System.Collections.Generic.IEnumerator的别名，但它在F#中有另外的作用。不像列表和数组，序列可包含无穷个值。只有当前的值保存在内存中，一旦序列计算了下个值，当前的值就会被忘记（丢弃）。例如，下面的代码生成了一个包含所有整数的序列。

let allIntegers = Seq.init_infinite (fun i -> i)

11. 集合（Collections：Seq，List，Array）

在F#中，如果您想表示一个值的集合，至少有三个好的选择——数组、列表和序列，它们都有各自的优点。而且每种类型都有一系列的模块内置于F#库中。您可以使用VS的智能感知来探究这些方法，这里我们来看看最常用的那些：

iter。“iter”函数遍历集合的每一项。这与“foreach”循环是一致的。下面的代码打印列表的每一项：

List.iter (fun i -> printfn "Has element %d" i) [1 .. 10]

map。像我在上篇文章中所说的，map函数基于一个指定的函数对集合的值进行转换。下面的例子将数组的整数值转换为它们的字符串表示：

Array.map (fun (i : int) -> i.ToString()) [| 1 .. 10 |]

fold。“fold”函数接受一个集合，并将集合的值折叠为单个的值。像iter和map一样，它接受一个函数，将其应用于集合的每个元素，但它还接受另一个“accumulator”参数。fold函数基于上一次运算不断地累积accumulator参数的值。看下面的例子：

Seq.fold (fun acc i -> i + acc) 10 { 1 .. 10 }

该代码的功能是：以10为基数（acculator），累加序列中的每一项。

只有序列有fold方法，列表和数组则有fold_left和fold_right方法。它们的不同之处在于计算顺序的不同。

12. 可选值（Option Values）

基于函数式编程的特点，在F#中很难见到null值。但有些情况下，null值比未初始化变量更有意义。有时可选值则表示值未提供（可选值就像C#中的nullable类型）。

F#中的“可选类型（option type）”有两种状态：“Some”和“None”。在下面的记录类型Person中，中间的字段可能有值，也可能没有值。

type Person = { First : string; MI : string option; Last : string }
let billg    = {First = "Bill";  MI = Some("H"); Last = "Gates" }
let chrsmith = {First = "Chris"; MI = None;      Last = "Smith" }

13. 延迟求值（惰性值，Lazy Values，Microsoft.FSharp.Core.Lazy<_>）

延迟初始化表示一些值，它们在需要时才进行计算。F#拥有延迟求值特性。看下面的例子，“x”是一个整数，当对其进行求值时会打印“Computed”。

> let x = lazy (printfn "Computed."; 42);;
val x : Lazy<int>

> let listOfX = [x; x; x];;
val listOfX : Lazy<int> list

> x.Force();;
Computed.
val it : int = 42

可以看到，我们在调用“Force”方法时，对x进行求值，返回的值是42。您可以使用延迟初始化来避免不必要的计算。另外在构造递归值时，也很有用。例如，考虑一个Union值，它用来表示循环列表：

type InfiniteList =
| ListNode of int * InfiniteList

let rec circularList = ListNode(1, circularList)

“circularList”拥有对自身的引用（表示一个无限循环）。不使用延迟初始化的话，声明这样类型的值是不可能的。

现在，您应该对F#的基础有了足够的了解了，下一步，在系列文章的第三部分中，我们将学习一些高级主题——一些F#能做而其他的.NET语言不能做的事情，敬请期待！

原文链接：F# in 20 Minutes – Part II。