OCaml 入門教學

OCaml 是什麼、誰在使用

OCaml 誕生於法國的 Inria，現在由包含 Jane Street 與 Tarides 等公司在內的開放原始碼社群開發。它結合函數式程式設計與可選的命令式特性（可變參照、陣列、迴圈），以及大部分程式碼用不到的物件系統。OCaml 5 透過 domain 與 effect handler 加入了共享記憶體的平行運算。

OCaml 用於編譯器與程式分析工具、Rocq（前身為 Coq）等證明輔助器、交易系統（Jane Street 是最知名的業界使用者），以及 Meta 的 Flow 與 Infer 等開發者工具。它也是教授函數式程式設計與型別系統的常見語言。

安裝 OCaml 並執行 Hello, world

安裝 OCaml 的標準方式是 opam，也就是 OCaml 的套件管理工具。安裝 opam 後執行一次 opam init，它會設定好編譯器。接著用 opam install dune utop 安裝建置工具 dune 與較友善的 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 () = ... 是撰寫程式進入點的慣用寫法：它會對運算式求值，並檢查其回傳為 unit（沒有值）。在 REPL（utop 或 ocaml）中，每個片段要以 ;; 結尾；在原始碼檔案中則不需要 ;;。對於實際的專案，dune init project myapp 會建立專案，dune build 則負責編譯。

值與基本型別

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

繫結是不可變的。ref 是一個可變的儲存格：!r 讀取它，r := v 寫入它。OCaml 絕不會在 int 與 float 之間自動轉換；請使用 float_of_int 與 int_of_float。

流程控制與函式

if 是運算式。函式用 let 定義；遞迴函式需要 let rec。引數以空格分隔，而且每個函式都是柯里化的，所以部分套用不需要額外成本。

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 *)

請注意 sign (-2) 的括號：沒有括號的話，OCaml 會把 sign - 2 解讀成減法。要串接回傳 unit 的運算式，請使用 ;。

串列、陣列、元組與 record

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 }

管線運算子 x |> f 的意思是 f x。List 模組提供 map、filter、fold_left、find_opt 等許多函式。

招牌特色：variant、模式比對與模組

Variant 型別會列出一個值所有可能的案例。模式比對依案例拆解值，如果漏掉某個案例，編譯器會發出警告，讓重構更安全。

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 *)

模組將型別與函式分組，而且每個檔案都是一個模組（list.ml 就是 List）。Functor 是從模組到模組的函式：Map.Make (String) 會建立一個以字串為鍵的 map 模組。簽章（.mli 檔案）則隱藏實作細節。

錯誤處理

OCaml 有三種工具：option 用於可能缺值的值，result 用於可能失敗並附帶資訊的操作，例外則用於例外的狀況。

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"

完整的小程式：字詞頻率

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 *)

這個程式用可變的雜湊表統計字詞，把表轉成 (word, count) 配對的串列，依次數由大到小排序，並印出前兩個。~default:0 是帶標籤的引數。

接下來可以學什麼

• ocaml.org：安裝指南、「A Tour of OCaml」以及 Docs 底下的其他教學。
• OCaml 手冊，涵蓋完整的語言與標準函式庫參考。
• 學習用 dune 建置專案，以及用 opam 安裝函式庫。
• 試試免費的線上書籍「Real World OCaml」，裡面有較大型的實用範例。