F Sharp
F# (произносится эф-шарп) — мультипарадигмальный язык программирования из семейства языков .NET, поддерживающий функциональное программирование в дополнение к императивному (процедурному) и объектно-ориентированному программированию. Структура F# во многом схожа со структурой OCaml с той лишь разницей, что F# реализован поверх библиотек и среды исполнения .NET. Язык был разработан Доном Саймом (англ. Don Syme) в Microsoft Research в Кембридже, в настоящее время его разработку ведёт Microsoft Developer Division. F# достаточно тесно интегрируется со средой разработки Visual Studio и включён в поставку Visual Studio 2010/2012/2013/2015/2017/2019/2022; разработаны также компиляторы для Mac и Linux. Microsoft интегрировала среду разработки F# в Visual Studio 2010 и более новые версии. 4 ноября 2010 года код компилятора F# и основных библиотек к нему опубликован под Apache License 2.0. ОсобенностиКод на языке F# является безопасным в отношении типов, часто бывает более компактным, чем аналогичный код C#, за счёт вывода типов. В F# действует строгая типизация, неявные преобразования типов полностью отсутствуют, что полностью исключает ошибки, связанные с приведением типов. Такие возможности, как обобщённое программирование и функции высших порядков позволяют писать абстрактные обобщённые алгоритмы, которые управляют параметризованными структурами данных (например, массивами, списками, графами, деревьями). Во многих языках большинство значений являются переменными. Например, в результате исполнения следующего кода на языке C++ в переменной x будет храниться значение 3: int x = 2; x++;В F#, напротив, по умолчанию все значения являются константами. F# допускает переменные, для чего требуется специально помечать значения как изменяемые при помощи слова mutable: let x = 2 // неизменяемое значение let mutable y = 2 // переменная x <- 3 // ошибка y <- 3 // Ok. y = 3Также в F# есть ссылочные типы и объекты, которые также могут содержать изменяемые значения. Тем не менее, большая часть кода является чистыми функциями, что позволяет избежать многих ошибок и упростить отладку. Кроме того, упрощается распараллеливание программ. При всём этом код редко становится сложнее, чем аналогичный код на императивном языке. Одна из основных идей F# заключается в том, чтобы удостовериться, что имеющийся код и типы в функциональном языке программирования могут быть легко доступны из других .NET-языков. Программы на F# компилируются в сборки CLR (файлы с расширениями .exe и .dll), однако, для их запуска необходима установка пакета среды исполнения дополнительно к .NET Framework. Интересной особенностью (и отличием от OCaml) является управление логической вложенностью конструкций кода за счёт отступов в виде произвольного количества пробелов (и только лишь пробелов). Знаки табуляции для этой цели не поддерживаются. Это приводит к постоянным дискуссиям на форумах опытных разработчиков, которые привыкли пользоваться знаками табуляции в других языках программирования. Компилятор и интерпретаторF# — компилируемый язык программирования, при этом в качестве промежуточного языка используется язык Common Intermediate Language (CIL), так же как и в программах, написанных на языках C# или VB.NET. Наряду с F#-компилятором (fsc) присутствует и F#-интерпретатор (fsi), который исполняет F#-код интерактивно. Отличительной чертой F#-компилятора и F#-интерпретатора является возможность воспринимать код двумя разными способами — немедленно (по умолчанию) и отложенно (программисту требуется явно указать это в исходном коде). В случае немедленной интерпретации, выражения вычисляются заранее в момент запуска программы на выполнение, независимо от того, вызываются ли они в процессе выполнения программы или нет. В этом случае, зачастую снижается производительность выполнения программы, а также происходит неэкономное расходование ресурсов системы (например, памяти). В случае ленивой интерпретации кода, выражения вычисляются только в тот момент, когда к ним происходит непосредственное обращение в процессе выполнения программы. Это избавляет программу от перечисленных выше недостатков, но снижает предсказуемость в плане объёма и последовательности использования ресурсов (процессорного времени, памяти, устройств ввода-вывода и т. п.) на различных этапах выполнения программы. ПримерыСинтаксис F# построен на математической нотации, а программирование чем-то похоже на алгебру, что делает F# похожим на Haskell. Например, когда вы определяете новый тип, то можете указать, что переменными этого типа будут «целые или строки». Вот как это выглядит: type myType = IntVal of int | StringVal of stringВажным примером таких типов является Option, который содержит либо значение некоторого типа, либо ничего. type Option<a> = None | Some of aОн является стандартным типом F# и часто используется в ситуациях, когда результатом работы какого-то кода (например, поиска в структуре данных) является значение, которое может и не быть получено. Код также представляет собой математическую нотацию. Следующая конструкция эквивалентна f(x) = x + 1 в алгебре: let f x = x + 1F# работает следующим образом: тип «f» представляет собой «int -> int», то есть функция получает на вход целое и выдаёт на выход целое. F# позволяет получить доступ абсолютно ко всему, что есть в FCL. Синтаксис для работы с библиотеками .NET в этом смысле максимально близок к синтаксису C#. Особенности языка заметны при использовании всего спектра возможностей F#. К примеру, следующий код применяет функцию к элементам списка: let rec map func lst = match lst with | [] -> [] | head :: tail -> func head :: map func tail let myList = [1;3;5] let newList = map (fun x -> x + 1) myListВ «newList» теперь находится «[2;4;6]». Разбор списка в этой функции ведётся с помощью ещё одной мощной возможности сопоставления с образцом. Она позволяет задавать образцы при совпадении с которыми вычисляются соответствующие вхождения оператора match. Первый образец «[]» означает пустой список. Второй — список состоящий из первого элемента и хвоста (который может быть произвольным списком, в том числе и пустым). Во втором образце значение головы связывается с переменной head, а хвоста с tail (имена могут быть произвольные). Таким образом кроме основной задачи образец ещё позволяет производить декомпозицию сложных структур данных. Например, в случае с типом Option сопоставление с образцом выглядит так: match x with | Some v -> printfn "Найдено значение %d." v | None -> printfn "Ничего не найдено." | None -> printfn "Привет"Язык поддерживает генераторные выражения, определенные для множеств { … }, списков [ … ] и массивов [| … |] Например: let test n = [ for i in 0 .. n do if i % 2 = 0 then yield i ]Функция map является одной из стандартных функций над списками, которые содержатся в модуле List. Также существуют функции для других структур данных, объявленные в модулях Array, Set, Option. Полезным инструментом является оператор pipe-forward (|>), который позволяет писать цепочки вызовов функций в обратном порядке. В результате имеет место такой код (в комментариях указаны промежуточные значения): [1; 2; 5] |> List.map ((+) 1) // [2; 3; 6] |> List.filter (fun x -> x % 2 = 0) // [2; 6] |> List.sum // 8Использование оператора |> исключает необходимость использования большого числа скобок, а также изменяет визуальное восприятие кода. И теперь данный код читается так: взять такой-то список, прибавить к каждому элементу 1, затем оставить только четные элементы, вернуть их сумму. То есть, описывается последовательность действий, выполняемая над изначальным объектом, в том порядке, в котором она происходит и на компьютере. Далее небольшая демонстрация того, насколько функции .NET расширяют возможности F#. Одним из примеров являются оконные приложения и событийная обработка. Событийная обработка означает — какие-то действия в программе происходят только как реакция на определенные события — действия пользователей, подключение устройств и т. д. Проект можно создать как в Visual Studio, так и в любом текстовом документе, который затем подается на вход компилятору F# (fsc). // open - подключение модулей и пространств имен для использования содержащихся в них // значений, классов и других модулей. open System.Windows.Forms // - классы Form (окно), Button (кнопка)и т. д. // Beep - звуковой сигнал // В качестве аргументов beep передаются еще некоторые параметры, которые мы не используем let beep _ = System.Console.Beep() // создание окна с программным именем окно !необходимо вызывать слово-функцию отображения - к примеру Application.Run(окно)! // Visible - булевское значение, является ли окно видимым // TopMost - отображается ли окно на переднем плане (очерёдность окон с одинаковым значением в обратном порядке вызова) // Text - текст заголовка окна let window = new Form(Visible=true,TopMost=true,Text="", Top = 0, Left = 0, Height = 512, Width = 768) window.WindowState <- FormWindowState.Normal // Нормальное (, Свёрнутое, Развёрнутое) окно. Просто для примера не внесено в конструктор window.ClientSizeChanged.Add beep window.KeyDown.Add beep window.KeyPress.Add beep window.KeyUp.Add beep Application.Run window // отображение окнаФакториалРекурсивная функция вычисления факториала нативным способом: let rec fac n = if n < 2 then 1 else n * fac(n - 1)Рекурсивная функция вычисления факториала, оптимизированная под хвостовую рекурсию. let factorial num = let rec fac num acc = match num with |x when x < 2 -> acc |_ -> fac (num - 1) (acc * num) fac num 1Функция вычисления факториала, в императивном стиле с использованием изменяемого состояния. let factorial num = if num < 2 then 1 else let mutable fac = 1 for i in [2..num] do fac <- fac * i facФункция вычисления факториала с использованием свертки списка и каррированой операции умножения: let fac n = List.fold (*) 1 [1..n]Рекурсивная функция вычисления чисел Фибоначчи с использованием метода сопоставления с образцом: let rec fib n a b = match n with | 0 -> a | 1 -> b | _ -> fib (n - 1) b (a + b) |
