F#入門：基本語法，模式匹配及List
F#隨著VSTS 2010 Beta1 發(fā)布也有一段時間了，園子里應該也有不少人對它感興趣吧。下面的例子是我在學F# 基本語法時寫的一個簡單Sieve of Eratosthenes 實現(xiàn)，通過剖析這一小段代碼，我希望大家能對F#有個簡單認識，并能自己寫一些簡單的小程序。
F#入門代碼
- let GetAllPrimesBefore n =
- let container = Array.create (n+1) 0
- let rec loop acc = function
- |[] -> List.rev acc
- |hd::tl ->
- if container.[hd] =1 then
- loop acc tl
- else
- for j in [hd .. hd .. n] do
- container.[j] <- 1
- loop (hd::acc) tl
- loop [] [2 .. n]
- let primesBefore120 = GetAllPrimesBefore 120
廢話少說，直接進入正題吧
- let GetAllPrimesBefore n =
第一行，申明函數(shù)GetAllPrimesBefore, 并且該函數(shù)有一個參數(shù)n, 在這里我沒有指定n的類型，因為編繹器可以通過函數(shù)體對n的類型進去推斷，比如在本例中，n就是int類型，當然我們也可以顯示的指定n的類型，比如 let GetAllPrimesBefore (n:int),這樣我們就指定了n為int型 （注意：（n:int）中的括號不能省略，let GetAllPrimesBefore n : int 的意思是該函數(shù)返回的值的int型）。說完了參數(shù)，再說下返回值，同樣，編繹器會根據(jù)函數(shù)體上下文對返回值類型進去推斷，所以我們不需要申明返回類型。
- let container = Array.create (n+1) 0
第二行，首先請注意該行與第一行相對有一個縮進（{TAB}),F#和Python一樣，也是通過{TAB}縮進來組織代碼結構的。這一行我們定義了一個變量container,它的類型是Array,大小為 n+1, 并且值全部初使化為0
- let rec loop acc = function
- |[] -> List.rev acc
- |hd::tl ->
- if container.[hd] =1 then
- loop acc tl
- else
- for j in [hd .. hd .. n] do
- container.[j] <- 1
- loop (hd::acc) tl
接下來就是這個函數(shù)的主要部分了（原程序中的3-11行),首先我們定義了一個遞歸函數(shù)（我們發(fā)現(xiàn)定義遞歸函數(shù)需要加rec關鍵字）。它接受兩個參數(shù)，acc和一個List,有朋友可能要問了，這里明明我只看到一個參數(shù)acc,你說的那個List在哪呢？可能有細心的朋友也發(fā)現(xiàn)了這里的函數(shù)定義不光前面有rec,在等號后面還加了個function,那么function是做什么用的呢？
- let rec loop acc = function
F#入門：模式匹配
這里我需要首先講一下Pattern Matching(模式匹配), Pattern Matching有些類似于C#中的switch語句（當然它要比C#中的switch強大許多，但這不是本文的目地，所以略去不表），可以根據(jù)expr的值去執(zhí)行某一具體分支，它的基本語法也很簡單，我們還是結合一個具體實例來看一下（例子比較簡單，只是為了說明問題）。 這個例子大家很容易看懂吧，我就不詳細解釋了，只是說明一點，'_'用來匹配所有別的情況。
- let ShowGreeting laguageInUse =
- match laguageInUse with
- | "C#" -> printfn "Hello, C# developer!"
- | "F#" -> printfn "Hello, F# developer!"
- |_ -> printfn "Hello, other developers!"
因為Pattern Matching在F#中的使用范圍實在太廣了，所以就引入了一種簡化版，這就是上面大家看到的等號后面的function的作用，我們可以把上面的例子簡化成
- let ShowGreeting = function
- | "C#" -> printfn "Hello, C# developer!"
- | "F#" -> printfn "Hello, F# developer!"
- |_ -> printfn "Hello, other developers!"
怎么樣？既少了給參數(shù)起名的煩惱，也少敲不少字吧，嘿嘿。
F#入門：List基本類型
接下來我再簡單介紹下F#中非常重要的一個基本類型List, 其基本表示形式為 [ item1;item2; .. ;itemn]
F#中List是immutable類型，我們只能訪問里面的值，不能改動里面的值，任何改動List的需求只能通過構建新的List來實現(xiàn)。稍一思考，大家就會很快發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)一個高效的immutable list, 那最簡單的就是對其頭結點進去操作了（插入和刪除都可以達到O(1),當然插入和刪除會構建一個新的List,原List不會改變)，F(xiàn)#中的List也是基于這種形式，所有的List都可以看成是Head+Tail(除了Head外的所有結點),F#提供了相應的庫函數(shù)List.hd, List.tl，并且提供了:: (cons operator)來幫助我們方便的構建一個List,比如1::2::[]就表示List [1;2] (注意1和2之間我用的是;不是, 如果寫成[1,2]，那個表示該List只有一個元素 (1,2)，至于(1,2)是什么類型，為了使文章盡量緊湊，我們今天就不講了）
有了上面這些知識，再看本文一開始的函數(shù)就簡單多了
- let rec loop acc = function
- |[] -> List.rev acc
- |hd::tl ->
- if container.[hd] =1 then
- loop acc tl
- else
- for j in [hd .. hd .. n] do
- container.[j] <- 1
- loop (hd::acc) tl
首先，該函數(shù)的第二個參數(shù)是List，
當List為空時，就把acc反序返回，
當List不為空時，把List分成兩部分(hd::tl),檢查當當前值n (n的值等于td) 是否己被標記
如果己經(jīng)被標記(container.[hd] =1),略過當前值，檢查接下來的值 loop acc tl
如果沒有被標記(當前值是素數(shù))，用當前值和acc構建一個新List (hd::acc),并對當前值的所有倍數(shù)進去標記（for loop),然后檢查下一個值 loop (hd::acc) tl
這里有兩點需要特別說明一下:
1. container是一個Array類型的參數(shù)，Array在F#中是mutable類型的容器，我們可以修改里面的元素，訪問元素用Array.[i], 修改元素用Array.<-[i] = newValue(不要忘記中間的.)
2. for loop的基本形式為 for <index> in <range> do, 我們可以使用[start .. end]或[start .. step .. end]來構建一個range,當然，這里的range其實也是一個List
看完了內部函數(shù)，我們再接著往下看（原程序第12行）
- loop [] [2 .. n]
這里就很簡單了，調用我們剛剛定義的內部函數(shù)，(acc為空List [], 第二個參數(shù)為List [2 .. n]),其返回值(List acc)就是函數(shù)GetAllPrimesBefore的返回值，F(xiàn)#中函數(shù)有返回值時不需要敲return.
函數(shù)調用也很簡單，（不需要在參數(shù)與函數(shù)名之間加括號）
- let primesBefore100 = GetAllPrimesBefore 100
后記
1. F#中函數(shù)體內可以定義新的值，變量和函數(shù)。（只在當前函數(shù)體內可見）。當然，這樣做的好處顯而易見，我就不啰嗦了。
2. Recursive function是functional programming中很常用的一種算法實現(xiàn)方式。functional programming language往往會針對尾遞歸進行特別的優(yōu)化，F(xiàn)#也不例外，所以我們需要盡可能的把遞歸寫成尾遞歸的形式，這個有時就需要像本文一樣借助accumulator來實現(xiàn)。
本文來自hiber的博客：《結合實例學習F#(一) --快速入門》。
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