OCaml 入门教程

OCaml 是什么，谁在用

OCaml 诞生于法国的 Inria，现在由开源社区开发，参与者包括 Jane Street 和 Tarides 等公司。它把函数式编程与可选的命令式特性（可变引用、数组、循环）以及大多数代码用不到的对象系统结合在一起。OCaml 5 通过 domain 和效应处理器（effect handler）加入了共享内存并行。

OCaml 用于编译器和程序分析工具、Rocq（原名 Coq）这样的证明助手、交易系统（Jane Street 是最知名的工业用户），以及 Meta 的 Flow 和 Infer 等开发者工具。它也是教授函数式编程和类型系统的常用语言。

安装 OCaml 并运行 Hello, world

安装 OCaml 的标准方式是使用 OCaml 的包管理器 opam。装好 opam 后，运行一次 opam init，它会配置好编译器。然后用 opam install dune utop 安装构建工具 dune 和更友好的 REPL utop。

(* hello.ml *)
let () = print_endline "Hello, world!"

ocaml hello.ml            # run with the interpreter
ocamlopt -o hello hello.ml
./hello                   # native executable
# Hello, world!

let () = ... 是编写入口点的常用方式：它对表达式求值，并检查其返回 unit（无值）。在 REPL（utop 或 ocaml）中，每条语句以 ;; 结尾；在源文件中则不需要 ;;。对于真实项目，dune init project myapp 会创建项目，dune build 则编译它。

值与基本类型

let name = "Ana"
let age = 30
let height = 1.68 *. 100.0
let () = Printf.printf "%s is %d, %.0f cm\n" name age height
(* Ana is 30, 168 cm *)
let count = ref 0
let () = incr count; Printf.printf "count = %d\n" !count

绑定是不可变的。ref 是可变单元：!r 读取，r := v 写入。OCaml 从不在 int 和 float 之间自动转换；请使用 float_of_int 和 int_of_float。

控制流与函数

if 是表达式。函数用 let 定义；递归函数需要 let rec。参数用空格分隔，每个函数都是柯里化的，所以部分应用没有额外开销。

let sign n =
  if n > 0 then "positive"
  else if n < 0 then "negative"
  else "zero"
let rec factorial n = if n <= 1 then 1 else n * factorial (n - 1)
let add x y = x + y          (* int -> int -> int *)
let add5 = add 5
let () =
  for i = 1 to 3 do
    Printf.printf "%d squared is %d\n" i (i * i)
  done;
  Printf.printf "%s %d %d\n" (sign (-2)) (factorial 5) (add5 10)
(* negative 120 15 *)

注意 sign (-2) 中的括号：没有括号的话，OCaml 会把 sign - 2 读成减法。使用 ; 把返回 unit 的表达式依次串联起来。

列表、数组、元组与记录

type person = { name : string; age : int }
let people = [ { name = "Ana"; age = 30 }; { name = "Ben"; age = 17 } ]
let () =
  people
  |> List.filter (fun p -> p.age >= 18)
  |> List.map (fun p -> p.name)
  |> List.iter print_endline
(* Ana *)
let older = { (List.hd people) with age = 31 }

管道运算符 x |> f 的意思是 f x。List 模块提供 map、filter、fold_left、find_opt 等大量函数。

标志性特性：变体、模式匹配与模块

变体类型列出一个值所有可能的分支。模式匹配按分支拆解值，缺少分支时编译器会发出警告，这让重构更安全。

type shape =
  | Circle of float
  | Rectangle of float * float
let area = function
  | Circle r -> Float.pi *. r *. r
  | Rectangle (w, h) -> w *. h
let () =
  List.iter (fun s -> Printf.printf "%.2f\n" (area s))
    [ Circle 1.0; Rectangle (2.0, 3.0) ]
(* 3.14 then 6.00 *)
module StringMap = Map.Make (String)
let ages = StringMap.(empty |> add "Ana" 30 |> add "Ben" 17)
let () = Printf.printf "%d\n" (StringMap.find "Ana" ages)   (* 30 *)

模块把类型和函数组织在一起，每个文件就是一个模块（list.ml 对应 List）。函子（functor）是从模块到模块的函数：Map.Make (String) 会构建一个键为字符串的映射模块。签名（.mli 文件）用来隐藏实现细节。

错误处理

OCaml 有三种工具：option 表示可能缺失的值，result 表示可能失败并带有信息的操作，异常则用于异常情况。

let parse_age s =
  match int_of_string_opt s with
  | Some n when n >= 0 -> Ok n
  | Some _ -> Error "Age must not be negative"
  | None -> Error "Not a number"
let () =
  match parse_age "abc" with
  | Ok n -> Printf.printf "Age %d\n" n
  | Error msg -> print_endline ("Error: " ^ msg)
(* Error: Not a number *)
exception Empty_input
let first = function [] -> raise Empty_input | x :: _ -> x
let () =
  try print_int (first []) with Empty_input -> print_endline "empty list"

一个完整的小程序：词频统计

let () =
  let text = "the cat and the hat and the bat" in
  let counts = Hashtbl.create 16 in
  String.split_on_char ' ' text
  |> List.iter (fun w ->
         let n = Option.value (Hashtbl.find_opt counts w) ~default:0 in
         Hashtbl.replace counts w (n + 1));
  Hashtbl.to_seq counts
  |> List.of_seq
  |> List.sort (fun (_, a) (_, b) -> compare b a)
  |> List.filteri (fun i _ -> i < 2)
  |> List.iter (fun (w, n) -> Printf.printf "%s %d\n" w n)
(* the 3
   and 2 *)

程序用可变哈希表统计单词，把表转成 (word, count) 对的列表，按次数降序排序，并打印前两项。~default:0 是带标签的参数。

接下来读什么

• ocaml.org：安装指南、“A Tour of OCaml”以及 Docs 下的其他教程。
• OCaml 手册，包含完整的语言和标准库参考。
• 学习用 dune 构建项目，用 opam 安装库。
• 试试免费在线图书《Real World OCaml》，里面有更大的实用示例。