什么是 F#？
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F# 能够比 C# 更准确地描述业务问题，使其成为服务器端应用程序的理想选择。
引言
F# 是一种现代化的函数式编程语言，面向 .NET 平台，由微软研究院的一个团队开发。自 2005 年以来一直在开发中，截至 2013 年 12 月已推出 3.1 版本。它最初是一个学术研究项目，经过多年的发展，已成为一个生产就绪的语言，被许多商业公司使用，尤其是在金融领域。
开发一门与 C# 有很大不同的新语言的原因在于：
- 从面向对象范式转向函数式范式，后者更适合进行计算和数据操作；
- 利用 C# 因其不同理念而未包含的有价值的编程概念；
- 避免 C# 中众所周知的、为时已晚而无法修复的固有问题。
在语言特性方面，F# 是 C# 的超集，因此 **C# 能做的一切 F# 也能做**。反之则不然：F# 拥有 C# 无法实现的一些功能。
F# 与其他 .NET 语言之间存在完全的互操作性。一旦 F# 代码被编译成程序集，**任何 .NET 系列语言都可以使用它**，如 C# 或 VB.NET。这意味着 F# 代码可以与其他用 C# 编写的系统部分和平共处。
F# 相对于 C# 的优势
使用 Option 类型替代 NULL 引用
C# 有一个危险的特性，允许使用 NULL 值来代替对象。这个特性是许多容易引入且难以检测的错误的根源。试图解决这个问题会导致在代码中添加额外的检查，使其可读性降低。
F# 不允许使用 NULL，而是必须使用 Option 类型。它们保证了安全性，并像 C# 中的 NULL 一样用于表示缺失的对象。
代数数据类型
C# 不完全支持 代数数据类型 (ADT)，它允许通过组合简单数据结构来构建复杂数据结构。它以类和结构的形式支持积类型（product-types），但对和类型（sum-types）的支持有限，和类型仅由枚举表示。
相反，F# 完全支持 ADT，能够更准确地用数据结构来描述业务实体，从而减少数据误解的可能性，提高代码质量。基本上，在 F# 中，可以通过使某些情况无法表示来避免不希望发生的情况，也就是说，简单地不给编写不当代码留有任何机会。
转换 vs. 变异
C# 鼓励变异数据和使用状态。这意味着一旦一个对象被创建，它在其生命周期中会经历一系列修改，改变其状态。根据对象的当前状态，某些操作可能允许或不允许在其上进行。这需要进行检查以确保对象处于正确状态，然后才能安全使用它。未能做到这一点很可能会导致错误，引发意外行为和崩溃。
另一方面，F# 鼓励使用转换而不是变异。转换不会修改对象，因此不会改变状态。它只是创建一个新对象并将其传递下去，保持原始对象不变。这意味着该对象始终处于创建时赋予的单一状态。只处理一种状态大大简化了开发过程并减少了代码量，因为每当我们看到一个对象时，就知道它处于唯一可能的状态，并且可以安全地使用它而无需进行额外的检查。
表达式 vs. 语句
由于 C# 依赖于状态和变异，因此这些变异应用的顺序变得非常重要，因为交换两个语句的位置可能会引入错误。所以 C# 代码中的语句顺序是另一个需要注意的问题。相反，F# 中的程序本质上是一个大表达式（一个公式），由映射输入值到某些输出值的小表达式组成。表达式不同部分的计算顺序并不重要，因为在无副作用的计算模型中，计算顺序不会改变结果。因此，从使用语句转向使用表达式编程可以得到更安全的代码，摆脱由错误语句顺序引起的 bug。
将数据和逻辑分开
类型推断和简洁语法
从上到下、从左到右的求值顺序
C# 中文件、类和方法的声明顺序无关紧要。另一方面，在 F# 中，声明顺序严格遵循文件顺序，因此你不能引用或使用尚未声明的内容。这似乎是一个不必要的复杂性，但实际上是一件好事，因为它对开发者施加了更多的纪律，并使他们的意图更加明确。
固有的可测试性和良好的设计
被称为 SOLID 的现代面向对象设计原则在 C# 中很容易被违反；因此，了解并严格遵循它们非常重要。然而，这些原则本身就是函数式编程的本质。因此，F# 语言鼓励你从一开始就以正确的方式编写代码，而在 F# 中弄乱代码需要付出一些刻意的努力。
低成本地并行运行
由于可能发生两个线程同时尝试修改同一对象的竞争条件，并行运行 C# 代码是一项具有挑战性的任务。F# 通过不允许在创建后修改对象来完全消除这个问题，每当需要更改时，都会通过对原始对象应用转换来构造一个新对象。这意味着用 F# 编写的代码可以自然地并行运行，只需很少的额外努力。
更好的模块化
F# 中逻辑的基本单元是函数，而在 C# 中是类。函数在 F# 中是第一等公民，可以作为参数传递给其他函数，也可以作为函数的返回值。编写函数比编写类更省力。这使得更细粒度的模块化和更复杂的组合场景得以实现，且成本更低。这样编写的代码更易于维护和重构。
专注于解决通用问题而非特定问题
F# 鼓励你使用泛型数据类型而不是具体类型。为泛型编写的相同算法将适用于不同的具体类型，如数字、字符串或复杂对象。为不同类型仅有一个泛型实现可以使代码更具重用性，并减少出错的可能性。
类型提供程序
F# 有一种独特的机制，可以通过一种方便统一的方式处理异构数据源，称为 类型提供程序。类型提供程序抽象了各种数据源的实现细节，确保类型安全，并公开标准化的、定义良好的接口。它们还具有按需类型发现功能，仅在需要时加载新类型。有一个 类型提供程序存储库，可以连接到各种数据源，该存储库不断被社区更新和贡献。类型提供程序通过简化不同来源数据的消费，实现信息丰富的编程。
生成解析器的标准工具
F# 有两个标准工具 FsLex 和 FsYacc，用于基于形式语法生成解析器。这些工具以 Unix 世界流行的解析器生成实用工具 Lex 和 Yacc 命名。FsLex 和 FsYacc 具有丰富的诊断功能，可以集成到构建过程中，有助于简化开发。
F# 的缺点
以下缺点仅在以惯用方式遵循函数式编程原则使用 F# 时才重要。如果你选择不遵循这些原则，这些缺点将不再存在。
陡峭的学习曲线
对于没有函数式编程经验的人来说，在 F# 中编码时适应一种新的思维方式可能会很困难。
更复杂的数据结构
使用“转换优先于变异”的方法，需要更高级的数据结构才能对其进行高效操作。例如，在 F# 中必须使用二叉树而不是哈希表，而他们在 C# 中会这样做。另一个例子是大量使用 zippers 而不是迭代器。
垃圾回收器负担较重
严格遵循“转换优先于变异”原则会产生更多需要及时释放的对象。与操作状态正在发生变化的较少数量的对象相比，这给垃圾回收器带来了更大的负担。开发人员必须找到一种平衡的方法，并明智地使用这一原则。
命名更具挑战性
F# 没有 C# 中方法所拥有的函数重载功能。因此，F# 中位于同一模块中的两个函数不能共享相同的名称，这在为它们命名时会带来独特性方面的困难。制定一致的命名约定在 F# 中是一项具有挑战性的任务。
工具不够高级
微软在为 C# 程序员打造最佳工具方面投入了大量精力。不幸的是，F# 的工具不多，这使得编码不太舒适。F# 没有基本的重构工具。
对某些类型项目的用途有限
UI 应用程序可以很好地说明这种情况，在其中使用 F# 会很不方便，因为对控件的操作意味着改变它们的状态，而这并非 F# 的设计初衷。
摘要
F# 是一种现代函数式编程语言，旨在作为 C# 和 VB 的替代品，这两者都遵循面向对象范例。F# 借鉴了它们的最佳特性，并摒弃了危险的特性。这就是为什么用 F# 编写的代码更安全、更易于维护。尽管在某些类型的项目中 F# 是一个糟糕的选择，但对于那些大量进行计算和数据操作的项目，绝对应该考虑它。F# 能够比 C# 更准确地描述业务问题，使其成为服务器端应用程序的理想选择。
资源
- 微软研究院的 F# 项目：http://research.microsoft.com/en-us/projects/fsharp/
- F# 入门：http://fsharpforfunandprofit.com/
- 在线编程环境：http://www.tryfsharp.org/Learn
- F# Power Pack：https://fsharppowerpack.codeplex.com/