第七章 F# 库（一）

第七章 F# 库（一）

 

虽然 F# 可以使用 .NET BCL中的所有类，但它自己也提供了一组库。

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现代汉语中使用单字名词的已经很少了，因此，libraries有时译成库，有时译成库函数。严格来讲译成库函数是不准确的，因为，库中肯定不止包含函数。

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F# 库分成两部分，一个是 FSharp.Core.dll，也称为 F#核心库（F# core library）或本机 F#库（native F# library）；另一个是 FSharp.PowerPack.dll，有时直接就称 power pack。F#核心库包含了 F# 编译器运行所需要的一切。比如，它包含元组（Tuple）类，用于处理元组；power pack为 F# 核心库补充了其他有用的功能。把库分成两部分，有两个主要的原因：第一，努力使核心库保持尽可能小，这样，应用程序的开发人员努力使对 FSharp.Core.dll的依赖占据小的空间，而不致引起大的问题；第二，也可能更重要，使 FSharp.Core.dll保持尽可能稳定，这样，只随新版本的编译器而改变，而 F# 的团队发布新版本的 FSharp.PowerPack.dll，这里会有更多有趣的新的功能。

本章的目标不是成为介绍 F# 库中类型和函数的完整文档，它只是一个概览，知道模块能名做什么，特别关注那些在 BCL 中没有的功能。F# 的在线文档（http://msdn.microsoft.com/fsharp）可以找到每一个函数的详细文档。

 

 

本机 F# 库 FSharp.Core.dll

 

本机 F# 库包含了编译器能够运行的所有类，比如，F#列表编译的类型定义。我们将讨论下列几个模块：

Microsoft.FSharp.Core.Operators：这个模块中包含了数学运算符的函数。

Microsoft.FSharp.Reflection：这个模块中包含的函数，用于补充 .NET框架的反映类型，为了获得 F# 类型和值的更精确视图。

Microsoft.FSharp.Collections.Seq：这个模块中包含的函数用于处理所有支持 IEnumerable接口的类型。

Microsoft.FSharp.Text.Printf：这个是用于字符串的模块。

Microsoft.FSharp.Control.Event：这个是用于处理 F#事件的模块。

 

 

运算符（Microsoft.FSharp.Core.Operators）模块

 

F# 中，运算符是由库定义的，而不是语言内置的。这个模块包含了一些语言的运算符；还包含了一些有用的运算符，比如函数，这些也正是我们将要讨论的。这个模块默认被引用，就是说，用户可以使用其中的函数，而不要前缀。我们将专门讨论下面几个函数类型：

算术运算符（Arithmetic operators）：基本的用于算术运算的运算符，比如加法和减法。

浮点数函数（Floating-point arithmetic functions）：高级算术运算，包括对数和三角函数。

可变的整数函数（Mutable integer functions）：用于处理可变整数的函数。

元组函数（Tuple functions）用于处理元组的函数。

转换函数（Conversion functions）：用于在基本类型（primitive types）之间的转换，比如字符串、浮点数和整数。

 

 

算术运算符（Arithmetic Operators）

 

正如我们在第二章中已经讨论的，F#的运算符能够由程序员定义，因此，所有的算术运算符都是在 Operators 模块中定义的，而不是语言所内置的。因此，我们日常使用 F# 编程的运算符大多数都是在 Operators模块中定义的。我们假设这些运算符，比如 + 和 -，几乎不需要解释，因为它们的用法很简单：

 

let x1 = 1 + 1

let x2 = 1 – 1

 

默认情况下，F# 的运算符是不检查的，这样，如果一个值太大，那么有可能会绕回。因此，值有可能会变得很小，但并不引发错误。如果我们打算检查值溢出时，触发异常的运算符，需要引用 Microsoft.FSharp.Core.Operators.Checked：

 

open Microsoft.FSharp.Core.Operators.Checked

let x = System.Int32.MaxValue + 1

 

现在，运行上面的示例就会出错，而如果没有引用 Microsoft.FSharp.Core.Operators.Checked，那么，x的值会直接绕回到 -2147483648。

F# 的相等运算符与其大多数算术运算符相比，有一点微妙，这是因为 F#的相等是结构相等（structural equality），即对对象的内容进行比较，检查组成对象的每一项是否相等；它与引用相等（referential equality）相对，即确定两个标识符是否绑定到同一个对象，或者同一段物理内存空间。引用相等的检查通过执行 obj.ReferenceEquals方法；结构相等的运行符是等号（=），结构不等的运算符是 <>。下面的示例有所演示。记录 robert1和 robert2相等，因为，它们虽然是不同对象，但它们的内容相同；而 robert1和 robert3 不等，因为它们的内容不同。

 

type person = { name : string ; favoriteColor : string }

 

let robert1 = { name = "Robert" ; favoriteColor = "Red" }

let robert2 = { name = "Robert" ; favoriteColor = "Red" }

let robert3 = { name = "Robert" ; favoriteColor = "Green" }

 

printfn "(robert1 = robert2): %b" (robert1 = robert2)

printfn "(robert1 <> robert3): %b" (robert1 <> robert3)

 

代码的运行结果如下：

 

(robert1 = robert2): true

(robert1 <> robert3): true

 

结构比较（Structural comparison）使用大于（>）和小于（<）运算符实现，因此，它们也可以用来比较 F#的记录类型。下面是演示：

 

type person = { name : string ; favoriteColor : string }

 

let robert2 = { name = "Robert" ; favoriteColor = "Red" }

let robert3 = { name = "Robert" ; favoriteColor = "Green" }

 

printfn "(robert2 > robert3): %b" (robert2 > robert3)

 

代码的运行结果如下：

 

(robert2 > robert3): true

 

如果需要确定两个对象是否物理上相等，可以使用 PhysicalEquality函数，在 LanguagePrimitives 模块中，如下面的示例：

 

type person = { name : string ; favoriteColor : string }

 

let robert1 = { name = "Robert" ; favoriteColor = "Red" }

let robert2 = { name = "Robert" ; favoriteColor = "Red" }

 

printfn "(LanguagePrimitives.PhysicalEquality robert1 robert2): %b"

  (LanguagePrimitives.PhysicalEquality robert1 robert2)

 

 

浮点数函数（Floating-point arithmetic functions）

 

Operators 模块还提供了大量的函数（见表 7-1），专门用于浮点数的运算，下面的示例是一些应用：

 

printfn "(sqrt 16.0): %f" (sqrt 16.0)

printfn "(log 160.0): %f" (log 160.0)

printfn "(cos 1.6): %f" (cos 1.6)

 

代码的运行结果如下：

 

(sqrt 16.0): 4.000000

(log 160.0): 5.075174

(cos 1.6): -0.029200

 

表 7-1 浮点数函数

函数	描述
abs	返回参数的绝对值
acos	返回参数的反余弦（arccosine），参数以弧度表示
asin	返回参数的反正弦（arcsine），参数以弧度表示
atan	返回参数的反正切（arctangent），参数以弧度表示
atan2	返回两个参数的反正切（arctangent），参数都以弧度表示
ceil	返回下一个最大的整数值，如果需要，值会舍入；返回值仍然是浮点数
floor	返回下一个最小的整数值，如果需要，值会舍入；返回值仍然是浮点数
exp	以自然常数 e 为底的指数函数
infinity	返回表示无穷大的浮点数
log	返回浮点数的自然对数
log10	返回浮点数的以 10 为底对数
nan	返回表示“不是数字”的浮点数
sqrt	返回平方根
cos	返回参数的余弦，参数以弧度表示
cosh	返回参数的双曲余弦，参数以弧度表示
sin	返回参数的正弦，参数以弧度表示
sinh	返回参数的双曲正弦，参数以弧度表示
tan	返回参数的正切，参数以弧度表示
tanh	返回参数的双曲正切，参数以弧度表示
truncate	返回参数的整数部分；返回值仍然是浮点数
float	返回整数的浮点（float）数
float32	返回整数的浮点（float32）数

 

 

元组函数（Tuple Functions）

 

Operators 模块中还有两个有用的函数用于处理元组，函数 fst和 snd 把有两项的元组拆分并取出。下面的示例演示了其用法：

 

printfn "(fst (1, 2)): %i" (fst (1, 2))

printfn "(snd (1, 2)): %i" (snd (1, 2))

 

代码的运行结果如下：

 

(fst (1, 2)): 1

(snd (1, 2)): 2

 

 

转换函数（Conversion Functions）

 

operator 模块还提供了大量的重载函数（overload function），用于在基本类型（primitive type）之间进行转换。例如，函数 float被重载，把字符串或整数转换成浮点数 System.Double。下面的示例演示了把一个枚举转换成整数，再把它转回枚举。把枚举转换成整数很简单，只要用 int函数就行了；把整数转回枚举有点复杂了，需要使用 enum 函数，还必须提供类型类型注解，使编译器能够知道所整数转换成哪一种枚举。可以看到，在下面的示例中，为标识符 dayEnum添加的注解 DayOfWeek：

 

open System

 

let dayInt = int DateTime.Now.DayOfWeek

let (dayEnum : DayOfWeek) = enum dayInt

 

printfn "%i" dayInt

printfn "%A" dayEnum

 

代码的运行结果如下：

 

0

Sunday

 

 

逻辑与和或运算符

 

需要利用枚举执行的另一组任务，一是用逻辑或组合枚举，二是用逻辑与测试枚举。枚举类型用 System.Flags特征标记，支持使用 &&& 和 |||运算符直接执行这两个运算。例如，可以使用 ||| 运算符组合几个枚举值；以 v1 &&& v2 <> enum 0形式使用 &&& 运算符，测试值是否是枚举的一部分：

 

open System.Windows.Forms

 

let anchor = AnchorStyles.Left ||| AnchorStyles.Left

 

printfn "test AnchorStyles.Left: %b"

  (anchor &&& AnchorStyles.Left <> enum 0)

printfn "test AnchorStyles.Right: %b"

  (anchor &&& AnchorStyles.Right <> enum 0)