F# 入門教學

F# 是什麼、誰在使用

F# 由 Microsoft Research 的 Don Syme 設計，現在是由 Microsoft 與 F# Software Foundation 社群共同維護的開放原始碼語言。它屬於 ML 語言家族（與 OCaml 類似），運行在 Windows、macOS 與 Linux 的 .NET 上。

團隊使用 F# 進行金融建模、資料分析、領域邏輯繁重的業務邏輯、網頁後端與腳本撰寫。因為它與 C# 編譯成同樣的 .NET 中介語言，F# 專案可以使用任何 NuGet 套件，也能被 C# 程式碼呼叫。

安裝 F# 並執行 Hello, world

從 Microsoft 安裝 .NET SDK。F# 已包含在內，不需另外安裝。若只是快速實驗，可以寫一個副檔名為 .fsx 的腳本檔，用 F# Interactive（dotnet fsi）執行。

// hello.fsx
printfn "Hello, world!"

dotnet fsi hello.fsx
# Hello, world!
dotnet new console -lang "F#" -o HelloApp
cd HelloApp
dotnet run

第二組指令會建立一個完整的主控台專案，包含 .fsproj 檔案與 Program.fs。在專案中，.fsproj 裡列出的檔案順序很重要：一個檔案只能使用排在它前面的檔案中的程式碼。

值與基本型別

let 把名稱繫結到一個值。除非標記為 mutable，否則繫結是不可變的；標記後要用 <- 而不是 = 來修改。

let name = "Ana"
let age = 30
let mutable count = 0
count <- count + 1
printfn "%s is %d, count = %d" name age count
// Ana is 30, count = 1
let total = float age + 0.5   // explicit conversion needed

F# 絕不會隱含轉換數字：1 + 2.0 是編譯錯誤。請用 float、int、string 等函式轉換。

流程控制與函式

if 是會回傳值的運算式，所以兩個分支必須有相同的型別。迴圈（for、while）雖然存在，但大部分程式碼改用集合函式。

let sign n =
    if n > 0 then "positive"
    elif n < 0 then "negative"
    else "zero"
for i in 1 .. 3 do
    printfn "%d squared is %d" i (i * i)
let add x y = x + y          // int -> int -> int
let add5 = add 5             // partial application
printfn "%d" (add5 10)       // 15
let square = fun x -> x * x
[1; 2; 3; 4]
|> List.filter (fun x -> x % 2 = 0)
|> List.map square
|> printfn "%A"              // [4; 16]

引數以空格分隔，而不是逗號。每個函式一次只接收一個引數（柯里化），所以 add 5 會回傳一個新函式。管線運算子 x |> f 的意思是 f x，讓你能由上往下撰寫資料轉換。縮排具有語意：函式或迴圈的主體必須縮排在它的下方。

集合、record 與 option

type Person = { Name: string; Age: int }
let ana = { Name = "Ana"; Age = 30 }
let older = { ana with Age = 31 }       // copy with one change
let people = [ ana; { Name = "Ben"; Age = 17 } ]
let adult = people |> List.tryFind (fun p -> p.Age >= 18)
match adult with
| Some p -> printfn "First adult: %s" p.Name
| None -> printfn "No adults"
// First adult: Ana

Record 是具有具名欄位與結構相等性的不可變型別。F# 自己的型別沒有 null；缺值以 Option 表示：Some value 或 None。List.tryFind 這類函式會回傳 option，編譯器會強制你處理兩種情況。

招牌特色：判別聯集與模式比對

判別聯集描述一個恰好屬於數個具名案例之一的值，每個案例各有自己的資料。match 會檢查各個案例，如果漏掉其中一個，編譯器會發出警告。

type Shape =
    | Circle of radius: float
    | Rectangle of width: float * height: float
let area shape =
    match shape with
    | Circle r -> System.Math.PI * r * r
    | Rectangle (w, h) -> w * h
[ Circle 1.0; Rectangle (2.0, 3.0) ]
|> List.map area
|> List.iter (printfn "%.2f")
// 3.14
// 6.00

其他知名特色包括型別推論（你很少需要寫型別標註）、度量單位（float<m> 不能與 float<s> 相加），以及用於非同步程式碼的計算運算式，如 task { ... } 與 async { ... }。

錯誤處理

對於可預期的失敗，慣用的 F# 會回傳 Result：Ok value 或 Error info。對於非預期的失敗，則可使用 .NET 例外，搭配 try ... with、failwith 與 raise。

let parseAge (s: string) =
    match System.Int32.TryParse(s) with
    | true, n when n >= 0 -> Ok n
    | true, _ -> Error "Age must not be negative"
    | false, _ -> Error "Not a number"
match parseAge "abc" with
| Ok n -> printfn "Age %d" n
| Error msg -> printfn "Error: %s" msg
// Error: Not a number
let safeDivide a b =
    try Some (a / b)
    with :? System.DivideByZeroException -> None
printfn "%A" (safeDivide 10 0)   // None

TryParse 在 .NET 中有一個 out 參數；F# 把它轉成元組 (success, value)，可以直接比對。

完整的小程式：字詞頻率

let text = "the cat and the hat and the bat"
text.Split(' ')
|> Array.countBy id
|> Array.sortByDescending snd
|> Array.truncate 2
|> Array.iter (fun (word, n) -> printfn "%s %d" word n)
// the 3
// and 2

Array.countBy id 會把相同的字詞分組，並回傳 (word, count) 配對；snd 取出每個配對的第二個元素來排序；最後以拆解元組的 lambda 印出結果。

接下來可以學什麼

• Microsoft Learn：F# 文件，包括「Tour of F#」與語言參考。
• 在 dotnet fsi 中練習，可以貼上程式碼並立即看到結果；輸入以 ;; 結束。
• 學習 List、Array、Seq、Option 與 Result 模組；日常的大部分程式碼都是用它們組成的。
• 基礎熟悉後，可以看看 NuGet 上的 F# 網頁框架與函式庫。