第一章

绪论
导言这一章将主要讨论有关
F#
和函数编程的问题。
什么是函数编程？
函数编程（
FP
）是
3
个古老的编程范式。
1、

IPL
，
1955
年发明，大约早
Fortran
一年；
2、

LISP
，
1958
年发明，早
Cobol1
一年；
Fortran
和
Cobol
是命令语言，也叫过程语言。他们在科学计算、事务处理上的成功，命令语言占统治地位超过
30
年。
1970s
，出现了面向对象（
OO
），随着面向对象语言的成熟，在今天更加流行。
1950s
以来，连续开发了大量的
FP
语言（
SML
、
OCaml
、
Haskell
、
Clean
等）、类
FP
语言（
APL
、
Lisp
是最成功的应用）。
FP
一直保持学院风格至今。
命令语言早期的商业成功奠定了其统治地位。

由于企业需要解决复杂的计算，面向对象语言逐步获得广泛接受。
如今，
FP
语言提出可以解决更加复杂的问题。
纯
FP
语言把所有的程序视为函数的**，函数接收参数，返回函数值。不像命令语言、面向对象语言那样，
它允许
无副作用，使用递归而不是循环迭代。
FP
中的函数非常像数学中函数，因为它们不在程序中改变状态。
最简单的情况，给一个标识符赋值（它就不再改变），函数不改变参数值，返回的结果完全是一个新的值。
其典型的底层实现是这样的：一个值分配了内存中的一片区域，就不再改变，函数会复制一份，放在另一片域，然后对复制区域中的值进行操作，或给其他函数赋值。
在函数时，这些值会被舍弃（这是垃圾回收机制的雏形）。
纯
FP
的数学基础非常优雅。因此，用
FP
解决问题，也很优美、简洁。
无状态、递归使
FP
不如
其他编程模式更利于处理许多常见的任务。
F#
最大的优势在于，可以混合多种模式，以更方便的方式来解决问题。
FP
为什么重要？
谈到
FP
，往往认为无状态是其致使的缺陷，实际上是没有认识到其优点。
命令编程中
90%
是赋值，而
FP
中没有赋值，因此
FP
可以使程序减少
90%
。
然而，没有人相信这种无状态递归编程。正如
John
Hughes
在他的经典文章《
Why Functional Programming Matters
》中指出的：
FP
听起来像中世纪的僧侣，放弃自己快乐生活的希望，这将使他自己高尚。

John Hughes
，查尔摩斯理工大学
想了解
FP
的优点，就必须了解它能干什么，而不是它不能干什么。
FP
把函数看成值，可以传递给另外的函数。乍一听，似乎没有什么，但影响非凡。
消除函数与值之间的区别，意为着许多问题解决起来，更加自然，比起命令、面向对象编程，
FP
程序更短、更加模块化。
FP
还提供了其他功能，直接借用数学概念，这在命令语言中并不常见。
FP
语言通常提供递归函数。函数接收参数，如果参数没有解，则把
输入作为参加再传递给函数，再到有解。
因此，函数语言具有更好的“性价比”，用较少的努力，提供更好的性能和正确性。
此外，一个函数还可以返回多个值，调用这样的函数同样很方便。在第三章会有更详细的讨论和例子。
F#
是什么？
FP
是解决许多棘手问题的最好方法。但是纯
FP
并不适合常规编程。因此，
FP
语言逐步吸取了命令、面向对象的编程模式，使
FP
编写各种类型的程序都很容易。
F#
就是成功的代表，比其他
FP
做得更多。
一些最流行的
FP
语言，如
OCaml
、
Haskell
、
Lisp
和
Scheme
，一直都使用自己的运行时，使程序缺乏互操作性。
F#
是一种通用编程语言，使用通用的运行时。
F#
**了三种主要的编程模式，可以选择最好、最有效的模式去解决问题。既可以用
FP
模式、也可以组合函数、命令、面向对象风格到一个项目中，利用各自的优势。

像其他的函数语言一样，
F#
也是强类型，而且有智能提示。因此，程序员不需要太多的时间，除非显式指定的类型不存在。
F#
与
.Net
框架的基础类型库（
BCL
）无缝集成。
F#
是对象化的
Caml
模型，是成功的面向对象的
FP
语言，与
.Net
结合，完全支持
.Net
，用户可以做一切
.Net
允许的事情。
F#
编译器能编译所有的通用语言基础架构（
CLI
）命令，不改变任何代码，就支持
.Net
泛型，甚至内置提供了中间代码（
IL
）。
F#
编译器为任何
CLI
处理可执行，也能运行在任何有
CLI
的环境中，这意谓
F#
不限于
Windows
环境，还可运行在
Linux
、
Apple Mac OS X
、
OpenBSD
上（第二章将讨论
Linux
上运行
F#
）。
F#
编译器和
Visual
Studio
集成，支持智能感知和自动表达式检查，工具提示可以推断表达式的类型，这将有助于语言的使用、推广。
F#
由
Don Syme
博士发明，现在还是一个小产品，但
Don Syme
博士正在领导位于英国剑桥的微软研究院，专门从事这个项目的研究。然而，
F#
并不仅仅是研究或教学语言，已经有广泛的实际应用，并快速增长。

虽然还有其他运行在
.Net
上的
FP
，但
F#
已经成为事实上的
.Net FP
语言，由于它的质量、与
Visual Studio
的集成。
也没有其他的语言像
F#
一样容易使用、具有灵活性。
谁使用
F#
？
F#
在微软内部表现就很强劲，不仅在微软研究，而且在整个公司。
Ralf Herbrich
，微软研究院应用项目组的另一位领导，专门从事机器学习技术，是一个典型的
F#
粉丝。
“第一个应用是解析
110GB
大的日志文件，并将其导入
SQL
数据库，这些日志文件分布在
300
个目录，超过
11000
个文本文件。所有的程序只有
90
行（还包括注释），完成解析并导入数据库花了不到
18
个小时，处理速度达到惊人的每秒钟
10000
行日志！注意：我还没有优化代码，仅仅是以最常见的方法，我真的很惊讶，因为我打算至少要花一个星期才能完成代码和导入工作。
“第二个应用是分析一个数百万的反馈信息。我已经开发了这个模型的方程，我只是把它当作
F#
程序输入，从
SQL
数据库读数据，结果写入
MATLAB
数据文件，加在一起，
F#
的源代码只有
100
行（包括注释）。我再次惊讶于运行时间，处理几百万个数据，只花了
10
分钟，还仅是一台普通的桌面机。作为参考，我的
C#
程序（以前做的），有
1000
行代码，运行也没有这么快。整个任务，从开发模型方程，到完成数据输出，只花了两天。”
Ralf Herbrich
微软研究院
(
http://blogs.msdn.com/dsyme/archive/2006/04/01/566301.aspx
)

微软以外的
F#
使用也在迅速增长。
Chris
Barwick
，从事一家网站
hubFS(
http://cs.hubFS.net
)
，是一个流行的专注于
F#
的网站。我曾经部过他一个问题：为什么会选择
F#
语言。他回答：
“我已经从事科学、数学计算超过
14
年
.
在这期间，我一直在期待这样一个平台，它各方面都应该很强，必须提供有效的工具，这个工具应该容易构造和使用，使科学计算环境更加有效。
.NET
这是这样平台的代表，它的
IL
提代了跨产品的一致性。
F#
提供了在这样平台上科学与数学计算的能力。有了这些工具和其他的服务器产品，在我创建复杂系统时，我就有了广泛的选择，并且开发成本很低，运行、改进的成本也很低。
F#
是高级科学计算的基础。”
Christopher J. Barwick, JJB Research
（私人
email)
最后，我又问了
Jude O’Kelly
，
Derivatives One
公司的软件架构师，他们公司专门销售金融模型软件。为什么
Derivatives One
在他们的产品中使用
F#
：
“我们在
C#
与
F#
两种环境下分别测试了我们的金融模型，发现恨不能基本相同，但是，我们喜欢
F#
，因为它有简洁的数学语法。我们的一个问题是缺乏资料，我们认为这本书会改变这种情况。”
Jude O’Kelly, Derivatives One (private email)
这本书写给谁？
这本书主要是写给那些想迅速赶上
F#IT
专业人士，要有
.NET
框架方面的知识，最好还有
C#
或
VB
方面的知识，但这并不是必须的。任何语言的编程经验都适于学习
F#
。
即使完全就是一个初学者，以前完全没有编程经验，
F#
作为他的第一门计算机语言，也会发现这本书很容易阅读。虽然，本书并不企图介绍编程本身，但仍会提供
F#
的重要细节。
接下来介绍什么？
本书通过例子讲授
F#
，作为一种编译语言，而不是脚本语言。我的意思是，大部分例子是设计为用编译器
fsc.exe
编译，既可以是
Visual
Studio
，也可以是命令行，而是用
F#
交互环境
fsi.exe
直接运行。当然，大部分例子在两种环境下都能运行得很好。