如果你也会C#，那不妨了解下F#（2）：数值运算和流程控制语法

本文链接：http://www.cnblogs.com/hjklin/p/fs-for-cs-dev-2.html

一些废话

一门语言火不火，与语言本身并没太大关系，主要看语言的推广。
推广得好，用的人多，问题也能及时得到解决，用的人就越多，这是一个良性循环，即使语言本身有很多不足也很快能得到解决。
但有的语言本身很好，使用者却不多，缺少交流和推广，致使进入恶性循环。
《黑客与画家》作者把Lisp吹上天，但却没见他继续推广，至今在使用的团队和行业还是很有限。
而说到F#，国内也出过F#的高校教材，不知道是否有高校开课，在企业上更是很少使用。
“赵姐夫”（博客）在10年说过要做F#在国内的推广者，几年过去了，也是无声无息。

那为什么在2016年的现在，那么多新的语言和技术，我们还要来了解F#呢？

• F#和C#一样，也是基于.Net平台的语言，了解了语法后，就能快速地使用.Net框架甚至C#编写的框架，
  而且在学习过程中.Net框架中很多以前不理解的东西，通过F#就变得很容易理解了。作为.Net程序员，还是值得了解的。
• 函数式语言的“天然支持异步和并行”的能力，也使得多线程开发变得简单。
  C#在最近的版本中经常得益于F#对.Net框架的推进，如加入了async关键字，有 Tuple了（虽然在语法层面不支持）等等。
• 在最近发布的.Net Core中，也可以通过dotnet new -l f#来创建F#项目。.Net Core里F#的坑，这里就不细说了。 😅 通过.Net博客，也可以发现越来越多人在使用F#。

F#并无法替代C#，但两者却能起到互补的作用。

记得《七周七语言》里说过：

每学一门新的语言，思维方式都会发生改变。编程语言亦是如此。

作者在书中说，每学习一门语言都会去找互动教程，但大多数情况下并找不到称心如意的。

若想领会一门语言的精髓，它（指互动教程）可就无能为力了。我想要的是那种痛快淋漓、深入探索语言本质的感觉。

我是没有作者的这种能通过探索语言本质的能力来介绍F#，但希望也能让大家发现F#语言的动人心弦之处。
废话说得有点多了，下面继续介绍F#吧。

数值运算

我们再翻出上一篇的小例子：

let mutable sum = 0 
for i = 0 to 100 do
    if i%2 <> 0 then sum <- sum + i 
printfn "0到100中的奇数的和为%A" sum ;;

四则运算和模运算（取余）不必多说，但对于浮点数（float和float32）类型，还支持**（幂）语法。

2. ** 3.;;  // val it : float = 8.0

像abs、sin等这些基本数学函数在F#里也包含在操作符（Operators）的模块里，所有操作符可在MSDN文章（Core.Operators Module(F#)）查看。

大整数（BigInteger）

在上一篇的数值类型对比中，我们可以看出，F#在语法层面上支持大整数。
大整数于.Net 4.0添加到框架中，在System.Numerics模块里。F#创建项目时默认引用了此dll。（大整数也支持**运算符，但指数必须为int，其实就是Pow方法。）

let bigInt = 4325I;; //相当于C#的 var bigInt = new BigInteger(4325);
3I ** 8;;  // val it : System.Numerics.BigInteger = 6561 ...

在内存足够的情况下，BigInteger支持任意大的整数。 通过大整数，我们也可以自己实现大实数，或直接使用第三方类库。

数值类型转换

在F#中，没有隐式类型转换，就连int到long或float也没有。所以，数值类型转换使用返回对应类型的转换函数：

int 2.5;;   // 2
float "3.1415"  // 3.1415
(float 2)**(float 3);;  //8.0

当然也可以使用.Net框架的System.Convert静态类。上述方法在转换字符串时也是调用的此方法。

位运算符

F#中的位运算符均使用三重符号：

运算符	名称	示例	结果
&&&	与	0b1111 &&& 0b0011	3
|||	或	0xFF00 ||| 0x00FF	65535
~~~	取反	~~~0b0011	-4
^^^	异或	0b0011 ^^^ 0b0101	6
<<<	左移	0b0001 <<< 3	8
>>>	右移	0b1000 >>> 3	1

注：“或”使用|||，博客园的Markdown渲染时，竟然不支持表格里的|转义。😅

比较

因为函数式语言中，数值不可变，所以=在F#中并不是赋值符号。
=在F#执行相等比较操作，而不等则为<>，这两个符号与C#有异：

5=8 ;;  //false
"ax"<>"ay" ;;   //true

那就会有人说，F#也有可变的值啊，怎么赋值呢！没错，在上面的示例代码中sum为可变值，每次循环通过<-符号改变其值。好诡异但又好有道理的符号啊！ 😲

所以需要注意，C#中的 int i = 1; 其实是相当于F#中的 let mutable i = 1 。因为C#默认创建的是可变类型。 请查看后面的while循环介绍。

此外，F#中还有一个compare函数用来比较两个值：

compare 31 31;; //  0
compare 5 4;;   //  1
(*
    compare x y
    若x > y则返回1；若x < y则返回-1；若x = y则返回0    
*)

这个比较在C#中有实现过IComparable接口的应该了解，其实compare函数的参数就是需要实现了IComparable接口的类型。
在.Net中，比较是一个复杂的话题，在此就不展开了，可参考MSDN文章（Object.Equals方法和IComparable 接口）。

流程控制语法

for循环语句

下面是0到100的循环，从0打印到100：

• C# 代码：

for (int i=0; i<=100; i++) { System.Console.WriteLine(i); }

• F# 代码：

for i=0 to 100 do printfn "%i" i
for i in [0..100] do printfn "%i" i
for i=100 downto 0 do printfn "%i" i //逆向循环，从100到0

F#版本中的[0..100]是创建一个从0到100的列表（list），在之后列表模块会进行介绍。
遗憾的是for ... to和for ... downto语句无法创建如for (int i=0; i<=100; i+=2)这种间隔不为1的循环，只能使用for ... in再加上一个列表。

while循环语句

用while循环实现的从0打印到100：

• C# 代码：

int i = 0;
while (i <= 100)
{
    System.Console.WriteLine(i);
    i++;
}

• F# 代码：

let mutable i = 0
while i <= 100 do
    printfn "%i"
    i <- i + 1

需要注意的是，F#中并没有do...while的循环，在for循环和while循环中，也都没有break和continue关键字。
刚开始接触F#或习惯了C#的循环语句可能会不习惯，但当你熟悉了函数式编程的思想后，会发现这些在F#中都是不重要的，甚至循环语句都是不必要的。
同时，也尽量不要使用可变类型。因为值的不可变性，使多线程编程变得简单；而在C#中，因为值默认为可变的，使程序在多线程运行中增加了很多不确定因素。

条件语句之if

在上面的示例代码中已经使用过if语句。
在F#中，if语句的完整结构是这样的：

if x>y then "x大于y"
elif x<y then "x小于y"
else "x等于y"

if x>y then printfn "x大于y"  //if分支无返回值

在F#的if语句中，每个分支必须返回相同类型的值，但不需要return关键字（在介绍函数时会涉及）。
如果if分支没有返回值（即返回unit），则else为可选的；否则，必须有else分支。（类似于C#的?:操作符，但F#中没有这个操作符。）
C#中的else if在F#中为elif。

条件语句之switch(match)

在C#中，还有一种分支结构的语句是使用switch...case。在F#中类似的语法是match...with。

• C# 代码：

int i = 1;
switch (i)
{
    case 1:
        Console.WriteLine("this is one");
        break;
    case 2:
        Console.WriteLine("this is two");
        break;
    case 3:
        Console.WriteLine("this is three");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("this is something else");
        break;
}

• F# 代码：

let i = 1
match i with
    | 1 -> printfn "this is one"
    | 2 -> printfn "this is two"
    | 3 -> printfn "this is three"
    | _ -> printfn "this is anything else"

其中_为通配符，与C#switch中的default类似。
但F#中的match语句功能非常强大，可查看MSDN文章Match表达式（Match Expressions）和
模式匹配（Pattern Matching）。
模式匹配在函数式编程中有着作用，在之后的函数式编程中也会进行介绍。

在下一篇中，我们来了解数组和列表，以及一些F#特有的类型。