• 如果你也会C#,那不妨了解下F#(5):模块、与C#互相调用


    F# 项目

    在之前的几篇文章介绍的代码都在交互窗口(fsi.exe)里运行,但平常开发的软件程序可能含有大类类型和函数定义,代码不可能都在一个文件里。下面我们来看VS里提供的F#项目模板。

    F#项目模板有以下几种类型(以VS2015为例): F#项目模板

    • Silverlight库创建Silverlight的类库
    • 教程模板是一个控制台应用程序,里面包含了F#的示例,可通过这个项目快速了解F#相关内容。
    • “可移植库”则可创建用于多平台的库,支持的平台在括号里说明。
    • ”用于创建类库
    • 控制台应用程序”大家就熟悉了。
    • 安卓项目为安装了Xamarin创建的,请忽略。

    我们创建一个控制台应用程序来说明,下图为程序的Program.fs文件及运行结果:F#控制台程序及运行结果

    我们添加一行代码(图中蓝框中)防止运行结束自动退出,这个应用程序默认是把参数打印出来,而运行时参数为空,所以结果为一空数组([||])。

    其中ignore函数用于丢弃System.Console.ReadKey()结果

    现在项目中除了AssemblyInfo.fs外,只有Program.fs一个文件,下面我们先了解模块的相关信息再创建其他文件。

    模块

    模块简介

    模块(Module)是F#程序代码的基本组织单位。默认情况下,每个F#代码文件(后缀为.fs)对应一个模块,且必须在文件开头指定模块名称。

    创建模块

    我们创建File1.fs文件时,默认会在开头添加module File1,当然也可自己改成其他名称。

    module File1
    let x = 1
    

    在其他模块中使用File1.x进行访问。

    文件顺序

    F#项目中的文件是有顺序要求的,在上面的文件无法访问下面的模块。我们可以使用Alt+上/下箭头进行调整文件顺序,或在文件上点击右键进行操作: F#代码顺序

    嵌套模块

    模块中可嵌套模块,但定义内层模块需要在模块名后使用等号(=),且内层模块的内容必须比它的上层模块缩进一级。

    module TopLevelModel		
    module NestedModule = 	//第一层嵌套模块
        let i = 1
        module NestedModuleInNestedModule =  //第二层嵌套模块
            let i = 2
    

    使用模块

    若想不使用模块名访问模块中的值时,则可使用open关键字进行打开。但有两个需要注意的地方:

    强制显示访问

    在上一章介绍的集合模块中,我们从未使用open List或者open Seq这样的操作。

    使用F12转到Seq的代码定义文件可以发现Seq模块使用了
    [<RequireQualifiedAccess>](强制显示访问)

    附加了此特性的模块在使用时必须使用模块名访问,因为几个集合模块中有大部分函数名称是相同的,若设置此特性而可同时打开了多个模块,则函数名称将会冲突。

    自动打开

    而我们在使用printfnignore函数时,均不需要打开相关模块,是因为在他们所属模块附加了[<AutoOpen>](自动打开)的特性。像Operators模块里有我们常用的运算符,为了方便使用,添加了自动打开的特性。

    我们在自定义模块时可根据需要使用这两个特性。

    命名空间

    命名空间(Namespace)和模块类似,不同的是命名空间里不能直接定义值,只能定义类型。(与C#中的命名空间一样,可以想象我们无法在C#的命名空间中直接定义一个方法,而需要首先定义一个类。)

    但F#中的命名空间不能像模块那样嵌套,但可以在同一文件中定义多个命名空间。

    namespace PlayingCards
    type Suit = Spade | Club | Diamond | Heart
    
    namespace PlayingCards.Poker
    type PokerPlayer = {Name:string; Money:int; Position:int}
    

    上面的代码在一个文件中使用两个命名空间分别定义了一个类型。

    其中Suit可区分联合(Discriminated Union)类型;PokerPlayer记录(Record)类型。将在下一篇介绍。

    应用程序入口

    在F#中,程序从程序集的最后一个文件开始执行,而且必须是一个模块。但最后一个模块的名称可省略

    也可以使用[<EntryPoint>]特性应用于最后一个代码文件的最后一个函数,使其成为程序入口点而无需显示调用。

    可查看控制台应用程序项目的模板:

    [<EntryPoint>]
    let main argv =     
        printfn "%A" argv
        0
    

    main函数的参数是一个数组(通常可自定义为字符串数组),是应用程序的运行参数,返回的整数则为程序的退出代码(exit code)。

    若不使用[<EntryPoint>],则需要在最后调用该函数,否则并不会自动调用该函数。

    let main (argv:string[]) = 
        printfn "%A" argv
        System.Console.ReadKey(true) |> ignore
        0
    main [||]
    

    控制台应用程序通常在结束之前使用System.Console.ReadKey()方法来防止运行完成自动退出。

    扩展模块

    可以通过创建一个同名模块,在其中添加值来对原有模块进行扩展。

    在介绍常用函数时,我们提到Seq模块没有提供rev函数,现在自己实现以Seq模块进行扩展

    open System.Collections.Generic
    module Seq =
        /// 反转Seq中的元素
        let rec rev (s : seq<'a>) =
            let stack = new Stack<'a>()
            s |> Seq.iter stack.Push
            seq {
                while stack.Count > 0 do
                    yield stack.Pop()
            }
    

    其中使用了.NET框架中的泛型集合类型(System.Collections.Generic.Stack<T>)。

    与C#互相调用

    F#代码和C#代码(包括VB.NET)一样,都编译成MSIL,在CLR运行。(可参考文章《.NET框架》)所以,两种语言之间可以方便地互相调用。

    程序集的引用大家都熟悉,但C#和F#中又有一些独立的东西不能互相使用,下面简单介绍一下在互相调用中常见的问题。

    F#调用C#代码

    本节涉及操作需要创建两个项目,一个C#的类库项目,一个F#的控制台项目。然后F#项目引用C#项目。

    dynamic:在F#中访问C#的动态类型

    在.NET4.0,C#引入了dynamic关键字使得可以像使用动态语言一样来使用C#。但在F#中并不支持dynamic关键字和动态类型,在引用C#编译的程序集时,则变成了Object类型。

    我们知道dynamicMicrosoft.CSharp.dll程序集中实现,在F#中可以通过引用此程序集,通过反射等操作自己实现对动态类型及属性的访问。

    而我在平常一般使用第三方库FSharp.Interop.Dynamic(Nuget)。代码示例:

    //C#代码,命名空间CSharpForFSharp
    public class CSharpClass
    {
      public dynamic TestDynamic()
      {
        return "5566";
      }
    }
    

    在F#中调用:

    //F#代码,位于F#项目的Program.fs
    open FSharp.Interop.Dynamic
    open CSharpForFSharp			//C#项目中的命名空间
    [<EntryPoint>]
    let main argv =     
        let cc = CSharpClass()
        let str = cc.TestDynamic()    
        printfn "%A" (str?Length)	//使用?替代.
        System.Console.Read()|>ignore
        0
    

    打开FSharp.Interop.Dynamic命名空间,F#中可使用?来访问动态类型的属性和方法。

    调用带有 refout 参数的函数

    在C#中,有refout两个关键字来修饰函数的参数,使函数可以进行引用传递和返回多个值。若要在F#中调用,则有一些不同。

    带有ref参数或者out参数的函数,因为参数值可能在函数中发生改变,需要在F#先定义一个可变值类型,并使用寻址操作符(&进行传入。

    // C#代码,位于命名空间CSharpForFSharp
    public class CSharpClass
    {
        public static bool OutRefParams(out int x, ref int y)
        {
            x = 100;
            y = y * y;
            return true;
        }
    }
    

    在F#中调用:

    // F#代码,位于F#项目的Program.fs
    open CSharpForFSharp
    let mutable x,y = 0,0
    CSharpClass.OutRefParams(&x,&y)	
    

    返回true并对xy进行了改变。

    带有out的参数在C#中可以使用未赋值的变量传入,所以在F#中除了寻址传入的方法,还可以直接忽略该参数,则该函数在F#中成为了多返回值(即返回tuple)的形式:

    let successful, result = Int32.TryParse(str)
    

    Int32.TryParse返回了两个值,第一个总是函数返回值,而后是out参数。

    柯里化C#的方法

    因为C#中的函数无论有多少个参数,在F#中调用时都视为一个tuple参数,所以无法柯里化和使用函数管道符(|>)操作。

    在F#中可以使用FuncConvert类将.NET中的函数转换成F#中的函数。

    let join : string*string list -> string = System.String.Join
    let curryJoin = FuncConvert.FuncFromTupled join
    [ 1..10 ]
    |> List.map string
    |> curryJoin "*"				// "1*2*3*4*5*6*7*8*9*10"
    let joinStar = curryJoin "*"	// joinStar类型为:string list -> string
    

    以上代码将System.String.Join转化为F#中的函数,因为该方法具有多个重载,所以第一行代码用来指定一个要转换的重载。

    其实FuncConvert类也可以在C#中使用,需要添加FSharp.Core程序集,有兴趣的可以自己尝试。

    C#调用F#代码

    本节涉及操作需要创建两个项目,一个F#的类库项目,一个C#的控制台项目。然后C#项目引用F#项目,因为涉及到F#中独有类型,还需要引用FSharp.Core程序集。

    若要在UWP项目中引用F#项目,需要通过“可移植库”模板创建项目。

    因为C#中的类型比F#少了很多,所以很多C#不支持的类型均使用来代替,使用时只需像使用类一样使用它就行了。而模块,在C#中则为静态类

    F#中的函数

    需要注意的是,若在F#将函数作为参数或返回值,则F#中的函数在C#中将会变成

    FSharpFunc<_,_>对象(位于FSharp.Core程序集的Microsoft.FSharp.Core命名空间)。

    //F# 代码,位于TestModule模块
    open System
    type MathUtilities =
    	static member GetAdder() =
    		(fun x y z -> Int32.Parse(x) + Int32.Parse(y) + Int32.Parse(z))
    

    GetAdder函数返回一个将三个字符串转成int再相加的函数,在C#中调用此函数:

    FSharpFunc<string, FSharpFunc<string, FSharpFunc<string, int>>> ss = MathUtilities.GetAdder();
    var ret = ss.Invoke("123").Invoke("45").Invoke("67");
    

    F#中的string -> string -> string -> int类型函数在C#中变成了FSharpFunc <string, FSharpFunc <string, FSharpFunc <string, int>>>

    这是因为C#中的不支持函数柯里化,如果F#中的函数需要更多的参数,在C#中调用就很麻烦了。虽然在F#使用很方便,但若需要编写供C#使用的程序集,尽量不要使用这些功能。

    命名规范

    通过上面的了解,至少可以简单地使用F#和C#互相调用。但有个地方可能使有强迫症的程序员很难受:F#模块中的函数命名使用的是驼峰式(camelCase),在C#中类的方法则使用PascalCase命名规范。

    F#模块在编译成静态类后,在C#中使用变得不一致。在F#中提供了CompiledName特性用来指定编译后的名称

    在第一篇中提到的F#中可用“`` ``”来使任何字符串作为变量(值)的名称,若想在C#中调用这类值(不符合变量命名规则),也需要用CompiledName指定编译后的名称,否则无法调用。

    module TestModule
    [<CompiledName("Add")>]
    let add = fun a b -> a+b
    [<CompiledName("IsSeven")>]
    let ``7?`` i = i % 7 = 0
    

    在C#中调用:

    int i = TestModule.Add(3,4);
    var b = TestModule.IsSeven(7);
    

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