F Sharp (язык программирования)

F # поддерживает лямбда-функции и замыкания. Все функции в F # являются значениями первого класса и неизменны. Функции могут быть каррированы. Будучи первоклассными значениями, функции могут передаваться в качестве аргументов другим функциям. Как и другие языки функционального программирования, F # позволяет составить функцию с помощью операторов >>и <<.

F # предоставляет выражения последовательности, которые определяют последовательность seq {...}, список [...]или массив [|... |]через код, который генерирует значения. Например,

seq {для b в 0.. 25 do, если b < 15 then yield b*b }

образует последовательность квадратов чисел от 0 до 14, отфильтровывая числа из диапазона чисел от 0 до 25. Последовательности генераторы - значения генерируются по запросу (т. е. лениво оцениваются ) - в то время как списки и массивы оцениваются быстро.

F # использует сопоставление с образцом для привязки значений к именам. Сопоставление с образцом также используется при доступе к размеченным объединениям - значение объединения сопоставляется с правилами шаблона, и правило выбирается при успешном сопоставлении. F # также поддерживает активные шаблоны как форму расширяемого сопоставления с образцом. Он используется, например, когда существует несколько способов сопоставления типа.

F # поддерживает общий синтаксис для определения композиционных вычислений, называемых выражениями вычислений. Выражения последовательности, асинхронные вычисления и запросы - это особые виды вычислительных выражений. Вычислительные выражения являются реализацией шаблона monad.

Императивное программирование

Поддержка F # для императивного программирования включает

• forциклов
• whileвыполняет цикл
• массивов, созданных с помощью [|... |]синтаксис
• хэш-таблица, созданная с помощью синтаксиса dict [...]или System.Collections.Generic.Dictionary <_,_>тип.

Значения и поля записи также могут быть помечены как изменяемые. Например:

// Определите 'x' с начальным значением '1' let mutable x = 1 // Измените значение 'x' на '3' x <- 3

Кроме того, F # поддерживает доступ ко всем типам CLI и объекты, такие как те, что определены в пространстве имен System.Collections.Generic, определяющие императивные структуры данных.

Объектно-ориентированное программирование

Как и другие языки Common Language Infrastructure (CLI), F # может использовать типы CLI посредством объектно-ориентированного программирования. Поддержка F # для объектно-ориентированного программирования в выражениях включает:

• Точечную нотацию, например, x.Name
• Выражения объекта, например, {new obj () с членом x.ToString () = "hello"}
• Конструкция объекта, например, new Form ()
• Типовые тесты, например, x:? string
• Приведение типов, например, x:?>string
• Именованные аргументы, например, x.Method (someArgument = 1)
• Именованные сеттеры, например, new Form ( Text = "Hello")
• Необязательные аргументы, например, x.Method (OptionalArgument = 1)

Поддержка объектно-ориентированного программирования в шаблонах включает

• Типовые тесты, например, :? string as s
• Активные шаблоны, которые могут быть определены над типами объектов

Определениями типов объектов F # могут быть определения типа класса, структуры, интерфейса, перечисления или делегата, соответствующие формам определения, найденным в C #. Например, вот класс с конструктором, который принимает имя и возраст и объявляет два свойства.

/// Простой тип определения типа объекта Person (name: string, age: int) = member x.Name = name member x.Age = age

Asynchronous programming

F # поддерживает асинхронное программирование через асинхронные рабочие процессы. Асинхронный рабочий процесс определяется как последовательность команд внутри async {...}, как в

let asynctask = async {let req = WebRequest.Create (url) let! response = req.GetResponseAsync () используйте stream = response.GetResponseStream () используйте streamreader = new System.IO.StreamReader (stream) return streamreader.ReadToEnd ()}

let!указывает, что выражение справа (получение ответа) должно выполняться асинхронно, но поток должен продолжаться только тогда, когда доступен результат. Другими словами, с точки зрения блока кода, это как если бы получение ответа было блокирующим вызовом, тогда как с точки зрения системы поток не будет заблокирован и может использоваться для обработки других потоков. а результат, необходимый для этого, недоступен.

Асинхронный блок может быть вызван с помощью функции Async.RunSynchronously. Несколько блоков async могут выполняться параллельно с помощью функции Async.Parallel, которая принимает список объектов async(в этом примере asynctaskявляется объектом async) и создает еще один асинхронный объект для параллельного выполнения задач в списках. Результирующий объект вызывается с использованием Async.RunSynchronously. Инверсия управления в F # следует этому шаблону.

Параллельное программирование

Параллельное программирование поддерживается частично с помощью Async.Parallel, Async.Startи других операций, которые запускают асинхронные блоки параллельно.

Параллельное программирование также поддерживается с помощью операторов функционального программирования Array.Parallelв стандартной библиотеке F #, прямого использования модели программирования задач System.Threading.Tasks, прямое использование пула потоков.NET и потоков.NET и посредством динамической трансляции кода F # в альтернативные механизмы параллельного выполнения, такие как код GPU.

Единицы измерения

Система типов F # поддерживает проверку единиц измерения на числа. Функция единиц измерения интегрируется с выводом типа F #, чтобы требовать минимальных аннотаций типов в коде пользователя.

Метапрограммирование

F # позволяет настраивать некоторые формы синтаксиса через метапрограммирование для поддержки встраивания пользовательские предметно-ориентированные языки в языке F #, в частности, посредством выражений вычислений.

F # включает функцию метапрограммирования времени выполнения, называемую цитатами. Выражение цитаты оценивается как представление дерева абстрактного синтаксиса выражений F #. Точно так же определения, помеченные атрибутом [], также доступны в их форме цитаты. Цитаты F # используются для различных целей, в том числе для компиляции кода F # в код JavaScript и GPU. (Кавычки представляют их выражения кода F # как данные для использования другими частями программы, требуя, чтобы это был синтаксически правильный код F #).

Информационно-насыщенное программирование

F # 3.0 представил форму метапрограммирования во время компиляции посредством создания статически расширяемых типов, называемых поставщиками типов F #. Поставщики типов F # позволяют расширять компилятор и инструменты F # с помощью компонентов, которые предоставляют информацию о типе компилятору по запросу во время компиляции. Поставщики типов F # использовались для предоставления строго типизированного доступа к подключенным источникам информации масштабируемым образом, в том числе к графу знаний Freebase.

В F # 3.0 функции цитирования и вычислений F # являются объединены для реализации запросов LINQ. Например:

// Используйте поставщик типа OData для создания типов, которые можно использовать для доступа к базе данных Northwind. open Microsoft.FSharp.Data.TypeProviders type Northwind = ODataService <"http://services.odata.org/Northwind/Northwind.svc">let db = Northwind.GetDataContext () // Выражение запроса. let query1 = query {для клиента в базе данных. Клиенты действительно выбирают клиента}

Комбинация поставщиков типов, запросов и строго типизированного функционального программирования известна как информационно-насыщенное программирование.

Программирование агентов

F # поддерживает вариант модели программирования Actor посредством реализации облегченных асинхронных агентов в памяти. Например, следующий код определяет агента и отправляет 2 сообщения:

let counter = MailboxProcessor.Start (fun inbox ->let rec loop n = async {do printfn "n =% d, wait..." n let ! msg = inbox.Receive () return! loop (n + msg)} loop 0)

Инструменты разработки

• Visual Studio с установленными инструментами Visual F # от Microsoft могут использоваться для создания, запуска и отладки проектов F #. Инструменты Visual F # включают размещенную в Visual Studio интерактивную консоль цикл чтения – оценки – печати (REPL), которая может выполнять код F # по мере его написания. Visual Studio для Mac также полностью поддерживает проекты F #.
• Код Visual Studio содержит полную поддержку F # через расширение Ionide..
• F # можно разрабатывать с помощью любого текстового редактора. Специальная поддержка существует в редакторах, таких как Emacs.
• JetBrains Rider оптимизирован для разработки кода F #, начиная с выпуска 2019.1.
• LINQPad поддерживает F # с версии 2.x.

Области приложений

F # - это язык программирования общего назначения.

Веб-программирование

SAFE Stack - это сквозной стек F # для разрабатывать веб-приложения. Он использует ASP.NET Core на стороне сервера и Fable на стороне клиента.

Альтернативным сквозным вариантом F # является платформа WebSharper.

Межплатформенная разработка приложений

F # можно использовать вместе с Visual Studio Tools для Xamarin для разработки приложений для iOS и Android. Библиотека Fabulous обеспечивает более удобный функциональный интерфейс.

Аналитическое программирование

Среди прочего, F # используется для количественного финансового программирования, торговли энергией и оптимизации портфеля, машинного обучения, бизнес-аналитики и социальных игр на Facebook.

В 2010-х годах, F # позиционируется как оптимизированная альтернатива C #. Возможность написания сценариев F # и межъязыковая совместимость со всеми продуктами Microsoft сделали его популярным среди разработчиков. Многие разработчики создают системы на основе F # и используют C # WCF Services.

Сценарии

F # можно использовать в качестве языка сценариев, в основном для настольных компьютеров читать– eval – print loop (REPL) сценарии.

Сообщество с открытым исходным кодом

Сообщество с открытым исходным кодом F # включает F # Software Foundation и F # Open Source Группа в GitHub. Популярные проекты F # с открытым исходным кодом включают:

• Fable, транспилятор F # в Javascript на основе Babel.
• Paket, альтернативного менеджера пакетов. для.NET, который все еще может использовать репозитории NuGet, но имеет централизованное управление версиями.
• FAKE, дружественная к F # система сборки.
• Giraffe, функционально ориентированное промежуточное ПО для ASP.NET Core.
• Suave, облегченного веб-сервера и библиотеки для веб-разработки.

Совместимость

F # имеет устаревший «режим совместимости с ML», который может напрямую компилироваться программы, написанные на большом подмножестве OCaml, грубо говоря, без функторов, объектов, полиморфные варианты или другие дополнения.

Примеры

Далее следуют несколько небольших примеров:

// Это комментарий для примера программы hello world. printfn "Привет, мир!"

Класс Person с конструктором, принимающим имя, возраст и два неизменяемых свойства.

/// Это комментарий документации для определения типа. type Person (name: string, age: int) = member x.Name = name member x.Age = age /// создание экземпляра класса let mrSmith = Person ("Smith", 42)

Простой пример, который часто используется для демонстрации синтаксиса функциональных языков используется функция факториала для неотрицательных 32-битных целых чисел, здесь показанная в F #:

/// Использование выражения сопоставления с образцом let rec factorial n = match n with | 0 ->1 | _ ->n * factorial (n - 1) /// Для функций с одним аргументом есть синтаксический сахар (функция сопоставления с образцом): let rec factorial = function | 0 ->1 | n ->n * factorial (n - 1) /// Использование оператора свертки и диапазона let factorial n = [1..n] |>Seq.fold (*) 1

Примеры итераций:

/// Итерация с использованием цикла for let printList lst = for x in lst do printfn "% d" x /// Итерация с использованием функции высшего порядка let printList2 lst = List.iter (printfn "% d") lst /// Итерация с использованием рекурсивной функции и сопоставления с образцом позволяет rec printList3 lst = сопоставить lst с | ->() | h :: t ->printfn "% d" h printList3 t

Примеры Фибоначчи:

/// Числовая формула Фибоначчи let fib n = let rec g n f0 f1 = сопоставление n с | 0 ->f0 | 1 ->f1 | _ ->g (n - 1) f1 (f0 + f1) gn 0 1 /// Другой подход - ленивая бесконечная последовательность чисел Фибоначчи пусть fibSeq = Seq.unfold (fun (a, b) ->Some (a + b, (b, a + b))) (0,1) // Вывести четные fibs [1.. 10] |>List.map fib |>List.filter (fun n ->(n% 2) = 0) |>printList // То же самое, используя выражение списка [для i в 1..10 действительно let r = fib i, если r% 2 = 0, то вывести r] |>printList

Пример программы Windows Forms:

// Открываем библиотеку Windows Forms open System.Windows.Forms // Создаем окно и устанавливаем несколько свойств let form = new Form (Visible = true, TopMost = true, Text = "Добро пожаловать в F #") // Создание метка для отображения некоторого текста в форме let label = let x = 3 + (4 * 5) new Label (Text = sprintf "x =% d" x) // Добавить метку в форму form.Controls.Add ( label) // Наконец, запускаем форму [] Application.Run (form)

Пример асинхронного параллельного программирования (параллельный ЦП и задачи ввода-вывода):

/// Простой детектор простых чисел let isPrime (n: int) = let bound = int (sqrt (float n)) seq {2.. boun d} |>Seq.forall (fun x ->n% x <>0) // Мы используем асинхронные рабочие процессы let primeAsync n = async {return (n, isPrime n)} /// Возвращаем простые числа между m и n использование нескольких потоков позволяет использовать простые числа mn = seq {m.. n} |>Seq.map primeAsync |>Async.Parallel |>Async.RunSynchronously |>Array.filter snd |>Array.map fst // Запускать тестовые простые числа 1000000 1002000 |>Array.iter (printfn "% d")

См. Также

• Портал бесплатного программного обеспечения с открытым исходным кодом

• OCaml
• C#
• .NET Framework

Примечания

Ссылки

• Сайм, Дон ; Гранич, Адам; Чистернино, Антонио (2007). «Эксперт F #». Apress. Cite journal требуется | journal =()
• Harrop, Jon (2010). «Visual F # 2010 для технических вычислений». Flying Frog Consultancy. Cite journal требует | journal =()
• Пикеринг, Роберт (2007). «Основы F #». Apress. Cite journal требуется | journal =()
• Smith, Chris (2009). «Programming F #». O'Reilly. Cite journal требует | journal =()
• Петричек, Томас (2009). «Функциональное программирование в реальном мире с примерами на F # и C #». Manning Publications. Для цитирования журнала требуется | journal =()
• Hansen, Michael; Rischel, Hans (2013). «Функциональное программирование с использованием F #». Cambridge University Press. Cite journal требует | journal =()
• Астборг, Йохан (2013). «F # для количественных финансов». Packt Publishing. Для цитирования журнала требуется | journal =()
• Лундин, Микаэль (2015). «Тестирование с F #». Packt Publishing. Для цитирования журнала требуется | journal =()

Внешние ссылки

В Викиучебнике есть книга по теме: F Sharp Programming

• Официальный сайт The F # Software Foundation
• The F # Open Source Group на GitHub
• Центр разработки Visual F #
• Tsunami, встраиваемый рабочий стол F # IDE
• Cloud Tsunami, встраиваемая IDE Silverlight F #
• Попробуйте F # для изучения F # в веб-браузере
• Сайт фрагментов F #
• Блог команды Visual F #
• Исходный веб-сайт Microsoft Research для F #
• Planet F #
• The F # Survival Guide, декабрь 2009 г. (Интернет-книга)
• Спецификация языка F #
• Введение в программирование на F #
• Учебное пособие, показывающее процесс достижения функционального дизайна; включает тестирование и параллельное кодирование