深入探討 F# 之 List

探討 List 的各種語法

F# 除了使用 .NET Framework 所提供的型別外，自己還定義了不少適合 FP 的型別，其中最常用的就是 List，但這與 C# 的 List<T> 不同，反而類似 C# 的 ImmutableList<T>。

Version

macOS High Sierra 10.13.3
.NET Core SDK 2.1.101
Rider 2017.3.1
F# 4.1

Definition

List

將相同型別的 value 整合成單一 value，且每個 element 必須為 immutable

簡單來說，F# 的 List 就是 linked list 資料結構，為了實現 FP 的 Immutability，每個 element 建立後就不可再修改。

建立 List

List Literal

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let list1 = [ 1; 2; 3 ]

list1
|> printf "%A"
// [1; 2; 3]

List 使用 [] 中括號表示，element 之間以 ; 隔開。

list000

  1. List 天生就是泛型，不過並不需要如 C# 宣告泛型型別 List<int>，Type Inference 會自動推導出 int list。

F# 的型別都是寫在後面，不過 List 例外，element 型別寫在 list 前面

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let list1 = [
    1 // Number one
    2 // Number two
    3 // Number three
]

list1
|> printf "%A"
// [1; 2; 3;]

List 也可以使用換行的方式，此時可以不用加 ; 隔開，適用於 element 量較多時，或需要在 element 加上註解時。

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let list1 : Control list = [ new Button(); new CheckBox() ]

List 的 element 必須相同型別，若 element 是物件時，則有例外。基於 里氏替換原則，若 element 的型別為 父類別 或 interface 時，則 element 允許基於相同 父類別 或 interface 的物件。

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let list1 = []

空 list 則以 [] 表示。

List Range

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let list1 = [ 1 .. 10 ]

list1
|> printf "%A"
// [1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10]

若 list 的資料有規律性，則不必全部列出，可使用 ..，只要列出頭跟尾即可。

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let list1 = [ 1 .. 2 .. 10 ]

list1
|> printf "%A"
// [1; 3; 5; 7; 9]

若 list 資料為 等差級數，則可在 .. 與 .. 之間加上 step value，其中 step value 也可以是 負數。

List Comprehension

若資料的變化性更大，已經無法單純使用 List Range 描述，則可使用更進階的 List Comprehension 表示。

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let list1 = [
    for i in 1..10 do
        yield i * i
]

list1
|> printf "%A"
// [1; 4; 9; 16; 25; 36; 49; 64; 81; 100]

直接將 for ... in … do 寫在 [] 之內，yield 的 expression 即為 element。

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let list1 = [for i in 1..10 -> i * i]

list1
|> printf "%A"
// [1; 4; 9; 16; 25; 36; 49; 64; 81; 100]

亦可將 do yield 省略，直接將 for ... in ... -> 寫在 [] 內，將 expression 寫在 -> 之後。

對於簡單的 expression，建議使用 for ... in ... -> 語法較精簡，若還需更複雜的描述，則必須使用 for ... in ... do yield

List.init

根據 index 值建立新的 list

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let list1 = List.init 10 (fun idx -> idx * idx)

list1
|> printf "%A"
// [0; 1; 4; 9; 16; 25; 36; 49; 64; 81]

List Operator

:: Operator

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let list1 = [ 1; 2; 3 ]
let list2 = 0 :: list1

list2
|> printf "%A"
// [0; 1; 2; 3]

將 value 加到 : 之前， 將加到 list 最前面。

@ Operator

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let list1 = [ 1; 2; 3 ]
let list2 = [ 4; 5; 6 ]
let list3 = list1 @ list2

list3
|> printf "%A"
// [1; 2; 3; 4; 5; 6]

@ 將兩個 list 合併為一個 list。

Property

List 本身提供了不少 property 可用。

獲得 List 第 1 個 element。

'T

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let list1 = [ 1 .. 3 ]

printf "%d" list1.Head
// 1

Tail

獲得第 1 個 element 除外，剩下的 list

'T list

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let list1 = [ 1 .. 3 ]

list1.Tail
|> printf "%A"
// [2; 3]

就算 Tail 只剩下 1 個 element，仍然是 1 個 element 的 list。

IsEmpty

判斷 list 是否為空

bool

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let list1 = [ 1 .. 2 ]

printf "%b" list1.IsEmpty
// false

Item

傳回指定 index 的 element 值

'T

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let list1 = [ 1 .. 3 ]

printf "%d" (list1.Item 2)
// 3

List 的 index 為 zero-based。

Length

獲得 list 的 element 個數

int

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let list1 = [ 1 .. 3 ]

printf "%d" list1.Length

Static Method

List.Cons

將 value 加到 list 最前面，產生新的 list，相當於 :: operator

head: 'T * tail: 'T list -> 'T list

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let list1 = [ 1 .. 3 ]

List.Cons (0, list1)
|> printf "%A"

// [0; 1; 2; 3]

List.Cons() 傳入為一 tuple，第 1 個 element 為 value，第 2 個 element 為 list。

List.Empty

根據 list type 回傳一個 empty list

'T list

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type myList = int list

myList.Empty
|> printf "%A"
// []

Q : List.Empty 與 List.empty 有何差異？

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List.empty<int>
|> printf "%A"
// []

相同

  • 均回傳 empty list

相異

  • List.Empty 為 List type 的 static method；List.empty() 定義在 List module
  • List.Empty 須先定義 type；List.empty() 可由泛型直接指定 element type

Recursive Function

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let rec sum list =
   match list with
   | head :: tail -> head + sum tail
   | [] -> 0

[ 1 .. 3 ]
|> sum
|> printf "%d"
// 6

List 在配合 recursive function 時，在 Pattern Matching 常搭配 head :: tail，直接將 list 拆成兩半，然後將 tail 傳入 recursive function 繼續運算。

Conclusion

  • List 為 F# 最常用的 collection，概念雖然不難，但有一些 F# 獨特的語法，還是得花一點時間熟悉

Reference

Microsoft Docs, Lists
Wikibooks, F Sharp Programming/Lists
Chris Smith, Mastering F# Lists
Chris Smith, Pramming F# 3.0 2nd

2018-04-05
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