فا شارب (لغة برمجة)

تعتمد لغة F# على عملية تطوير وهندسة مفتوحة. ويتولى دون سايم من مايكروسوفت للأبحاث إدارة عملية تطوير اللغة ، بصفته المسؤول الدائم عن تصميمها، بالتعاون مع مؤسسة برمجيات F#. أما الإصدارات السابقة من لغة F# فقد صُممت من قِبل مايكروسوفت ومايكروسوفت للأبحاث باستخدام عملية تطوير مغلقة.

تم تضمين لغة F# لأول مرة في Visual Studio في إصدار 2010 ، على نفس مستوى Visual Basic (.NET) و C# (وإن كان كخيار)، وظلت موجودة في جميع الإصدارات اللاحقة، مما جعل اللغة متاحة على نطاق واسع ومدعومة بشكل جيد.

نشأت لغة F# من شركة مايكروسوفت للأبحاث في كامبريدج، المملكة المتحدة. صممها ونفذها في الأصل دون سايم ، ^{[ 5 ]} الذي يقول، ضمن فريق F#، إن حرف F يرمز إلى "المرح". ^{[ 41 ]} ساهم أندرو كينيدي في تصميم وحدات القياس. ^{[ 5 ]} طورت مايكروسوفت أدوات Visual F# لبيئة Visual Studio. ^{[ 5 ]} طورت مؤسسة برمجيات F# مُترجم F# مفتوح المصدر وأدواته، مُدمجةً تنفيذ المُترجم مفتوح المصدر الذي قدمه فريق أدوات Microsoft Visual F#. ^{[ 10 ]}

F# هي لغة برمجة وظيفية ذات كتابة قوية ، تتميز بقدرات واسعة لا توجد عادةً إلا في لغات البرمجة الوظيفية ، مع دعمها لميزات البرمجة الكائنية المتوفرة في C#. تتيح هذه الميزات مجتمعةً كتابة برامج F# بأسلوب وظيفي بالكامل، كما تسمح بدمج الأسلوبين الوظيفي والكائني.

من أمثلة الميزات الوظيفية ما يلي:

• كل شيء تعبير
• الاستدلال على النوع (باستخدام استدلال هيندلي-ميلنر على النوع )
• يتصرفون كمواطنين من الدرجة الأولى
• الدوال المجهولة ذات الدلالات الالتقاطية (أي، الإغلاقات )
• المتغيرات والكائنات غير القابلة للتغيير
• دعم التقييم الكسول
• الدوال ذات الرتبة العليا
• الدوال المتداخلة
• الكاري
• مطابقة الأنماط
• أنواع البيانات الجبرية
• المجموعات
• فهم القوائم
• دعم نمط الموناد (يسمى تعبيرات الحساب ^{[ 53 ]} )
• تحسين استدعاء الذيل ^{[ 54 ]}

F# هي لغة برمجة تعتمد على التعبيرات، وتستخدم التقييم الفوري ، وفي بعض الحالات التقييم المؤجل . كل عبارة في F#، بما في ذلك ifالتعبيرات tryوالحلقات، هي تعبير قابل للتركيب ذو نوع ثابت. ^{[ 55 ]} الدوال والتعبيرات التي لا تُرجع أي قيمة يكون نوع إرجاعها ثابتًا unit. تستخدم F# الكلمة letالمفتاحية `return` لربط القيم باسم. ^{[ 55 ]} على سبيل المثال:

لنفترض أن x = 3 + 4

يربط القيمة 7بالاسم x.

تُعرَّف الأنواع الجديدة باستخدام typeالكلمة المفتاحية. في البرمجة الوظيفية، توفر لغة F# أنواع البيانات التالية: tuple ، وrecord ، و discriminated union ، وlist ، و option ، و result . ^{[ 55 ]} يُمثل tuple مجموعة من n قيمة، حيث n ≥ 0. تُسمى القيمة n عدد عناصر tuple. على سبيل المثال، يُمكن تمثيل tuple ثلاثي على النحو التالي: A = B + C، حيث A وB وC قيم من أنواع مختلفة. يُمكن استخدام tuple لتخزين القيم فقط عندما يكون عدد القيم معروفًا مسبقًا في مرحلة التصميم، ويظل ثابتًا أثناء التنفيذ.(A, B, C)

السجل هو نوع بيانات تُسمى فيه عناصر البيانات. إليك مثال على تعريف السجل:

النوع R = { الاسم : سلسلة نصية، العمر : عدد صحيح }

يمكن إنشاء السجلات كـ . تُستخدم الكلمة المفتاحية لإنشاء نسخة من سجل، كما في ، والتي تنشئ سجلاً جديداً عن طريق نسخ وتغيير قيمة الحقل (بافتراض أن السجل الذي تم إنشاؤه في المثال الأخير كان اسمه ).letr={Name="AB";Age=42}with{rwithName="CD"}rNamer

نوع الاتحاد المُمَيَّز هو نسخة آمنة من حيث النوع من اتحادات لغة C. على سبيل المثال،

النوع A = | UnionCaseX من سلسلة نصية | UnionCaseY من عدد صحيح

يمكن أن تتوافق قيم نوع الاتحاد مع أي من حالتي الاتحاد. وتُدرج أنواع القيم التي تحملها كل حالة اتحاد في تعريف كل حالة.

نوع القائمة هو قائمة مرتبطة غير قابلة للتغيير ، تُمثَّل إما باستخدام رمز ( حيث يُمثِّل عامل الربط cons ) أو باختصار كـ . تُكتب القائمة الفارغة كـ . نوع الخيار هو نوع اتحاد مُميَّز مع خيارات أو . قد تكون أنواع F# عامة ، ويتم تنفيذها كأنواع .NET عامة.head::tail::[item1;item2;item3][]Some(x)None

تدعم لغة F# دوال لامدا والإغلاقات . ^{[ 55 ]} جميع الدوال في F# هي قيم من الدرجة الأولى وغير قابلة للتغيير. ^{[ 55 ]} يمكن تطبيق الدوال بشكل جزئي (curryed) . وبما أنها قيم من الدرجة الأولى، يمكن تمرير الدوال كوسائط إلى دوال أخرى. ومثل لغات البرمجة الوظيفية الأخرى، تسمح F# بتركيب الدوال باستخدام المعاملين `and` .>><<

يوفر F#تعبيرات التسلسل ^{[ 56 ]} التي تُعرّف تسلسلاًseq { ... }أو قائمة[ ... ]أو مصفوفة[| ... |]من خلال التعليمات البرمجية التي تُولّد القيم. على سبيل المثال،

seq { for b in 0 .. 25 do if b < 15 then yield b * b }

يشكل سلسلة من مربعات الأرقام من 0 إلى 14 عن طريق تصفية الأرقام من نطاق الأرقام من 0 إلى 25. التسلسلات هي مولدات - يتم إنشاء القيم عند الطلب (أي يتم تقييمها بشكل كسول ) - بينما يتم تقييم القوائم والمصفوفات بشكل فوري.

تستخدم لغة F# مطابقة الأنماط لربط القيم بالأسماء. كما تُستخدم مطابقة الأنماط عند الوصول إلى الاتحادات المُميزة، حيث تتم مطابقة قيمة الاتحاد مع قواعد النمط، ويتم اختيار القاعدة عند نجاح المطابقة. تدعم F# أيضًا الأنماط النشطة كشكل من أشكال مطابقة الأنماط القابلة للتوسيع. ^{[ 57 ]} تُستخدم هذه الأنماط، على سبيل المثال، عند وجود طرق متعددة للمطابقة على نوع معين. ^{[ 55 ]}

تدعم لغة F# صيغة عامة لتعريف العمليات الحسابية التركيبية تسمىتعابير الحساب . تُعدّ تعابير التسلسل والحسابات غير المتزامنة والاستعلامات أنواعًا خاصة من تعابير الحساب. وتُمثّل تعابير الحساب تطبيقًا لنمطالموناد. ^{[ 56 ]}

يتضمن دعم لغة F# للبرمجة الإجرائية ما يلي:

• forالحلقات
• whileالحلقات
• المصفوفات ، التي تم إنشاؤها باستخدام [| ... |]الصيغة
• جدول التجزئة ، الذي تم إنشاؤه باستخدام dict [ ... ]الصيغة أو System.Collections.Generic.Dictionary<_,_>النوع.

يمكن أيضًا تسمية القيم وحقول السجلات بـ mutable. على سبيل المثال:

// تعريف المتغير 'x' بقيمة ابتدائية '1' let mutable x = 1 // تغيير قيمة 'x' إلى '3' x <- 3

كما يدعم F# الوصول إلى جميع أنواع وعناصر واجهة سطر الأوامر مثل تلك المحددة في System.Collections.Genericمساحة الاسم التي تحدد هياكل البيانات الإجرائية.

مثل لغات البنية التحتية للغة المشتركة (CLI) الأخرى، يمكن للغة F# استخدام أنواع CLI من خلال البرمجة كائنية التوجه. ^{[ 55 ]} يشمل دعم F# للبرمجة كائنية التوجه في التعبيرات ما يلي:

• تدوين النقاط، على سبيل المثال،x.Name
• تعابير الكائنات، على سبيل المثال،{newobj()withmemberx.ToString()="hello"}
• بناء الكائنات، على سبيل المثال،newForm()
• اختبارات النوع، على سبيل المثال،x:?string
• التحويلات النوعية، على سبيل المثال،x:?>string
• الوسائط المسماة، على سبيل المثال،x.Method(someArgument=1)
• على سبيل المثال، اللاعبون الذين يحددون أسماءهم في قائمة الإعداد.newForm(Text="Hello")
• الوسائط الاختيارية، على سبيل المثال،x.Method(OptionalArgument=1)

يتضمن دعم البرمجة الكائنية التوجه في الأنماط

• اختبارات النوع، على سبيل المثال،:?stringass
• الأنماط النشطة، والتي يمكن تعريفها على أنواع الكائنات ^{[ 57 ]}

يمكن أن تكون تعريفات أنواع الكائنات في F# تعريفات لأنواع الفئات، أو الهياكل، أو الواجهات، أو التعدادات، أو المفوضين، بما يتوافق مع أشكال التعريف الموجودة في C# . على سبيل المثال، إليك فئة تحتوي على مُنشئ يأخذ اسمًا وعمرًا، ويُعلن عن خاصيتين.

/// تعريف نوع كائن بسيط type Person ( name : string , age : int ) = member x . Name = name member x . Age = age

تدعم لغة F# البرمجة غير المتزامنة من خلال سير العمل غير المتزامن . ^{[ 58 ]} يُعرَّف سير العمل غير المتزامن بأنه سلسلة من الأوامر داخل async{ ... }، كما في

let asynctask = async { let req = WebRequest.Create ( url ) let ! response = req.GetResponseAsync ( ) use stream = response.GetResponseStream ( ) use streamreader = new System.IO.StreamReader ( stream ) return streamreader.ReadToEnd ( ) }​​​​​​​​

يشير هذا let!إلى أن التعبير الموجود على اليمين (الحصول على الاستجابة) يجب أن يتم بشكل غير متزامن، ولكن يجب أن يستمر التدفق فقط عند توفر النتيجة. بعبارة أخرى، من وجهة نظر كتلة التعليمات البرمجية، يبدو الأمر كما لو أن الحصول على الاستجابة عملية حظر، بينما من وجهة نظر النظام، لن يتم حظر الخيط ويمكن استخدامه لمعالجة تدفقات أخرى حتى تصبح النتيجة المطلوبة لهذا التدفق متاحة.

يمكن استدعاء الكتلة غير المتزامنة باستخدام Async.RunSynchronouslyالدالة. ويمكن تنفيذ عدة كتل غير متزامنة بالتوازي باستخدام Async.Parallelالدالة التي تأخذ قائمة من asyncالكائنات (في المثال، asynctaskهو كائن غير متزامن) وتُنشئ كائنًا غير متزامن آخر لتشغيل المهام في القوائم بالتوازي. ويتم استدعاء الكائن الناتج باستخدام Async.RunSynchronously. ^{[ 58 ]}

يتبع انعكاس التحكم في F# هذا النمط. ^{[ 58 ]}

منذ الإصدار 6.0، يدعم F# إنشاء مهام .NET واستهلاكها وإعادتها مباشرةً. ^{[ 59 ]}

افتح System.Net.Http، ثم عرّف دالة fetchUrlAsync التي تأخذ عنوان URL كسلسلة نصية ، وتُعيد كائن Task<string>. تُنشئ الدالة كائن HttpClient جديدًا ، ثم تستدعي دالة GetAsync للحصول على عنوان URL ، ثم تسترجع محتوى الاستجابة . بعد ذلك ، تُنفّذ الدالة عملية تأخير لمدة 500 مللي ثانية ، ثم تُعيد المحتوى .// طريقة الاستخدام let fetchPrint () = let task = task { let! data = fetchUrlAsync "https://example.com" printfn $ "{data}" } task . Wait ()

يتم دعم البرمجة المتوازية جزئيًا من خلال Async.Parallel، Async.Startوعمليات أخرى تقوم بتشغيل الكتل غير المتزامنة بالتوازي.

كما يتم دعم البرمجة المتوازية من خلال Array.Parallelعوامل التشغيل الوظيفية في مكتبة F# القياسية، والاستخدام المباشر لنموذج System.Threading.Tasksبرمجة المهام، والاستخدام المباشر لمجموعة مؤشرات الترابط .NET ومؤشرات الترابط .NET، ومن خلال الترجمة الديناميكية لرمز F# إلى محركات التنفيذ المتوازية البديلة مثل رمز GPU ^{[ 9 ]} .

يدعم نظام أنواع F# التحقق من وحدات القياس للأرقام: ^{[ 60 ]} يمكن إسناد وحدات قياس، مثل المتر أو الكيلوغرام، إلى قيم الفاصلة العائمة، والأعداد الصحيحة غير الموقعة ^{[ 61 ]،} والأعداد الصحيحة الموقعة. يسمح هذا للمترجم بالتحقق من أن العمليات الحسابية التي تتضمن هذه القيم متسقة الأبعاد، مما يساعد على منع أخطاء البرمجة الشائعة من خلال ضمان عدم إضافة الأطوال إلى الأوقات عن طريق الخطأ، على سبيل المثال.

تتكامل ميزة وحدات القياس مع استنتاج أنواع F# لتقليل الحاجة إلى التعليقات التوضيحية للأنواع في كود المستخدم. ^{[ 62 ]}

[< قياس >] اكتب م // متر [< قياس >] اكتب ث // ثانيةlet distance = 100.0 <m> // float<m> let time = 5.0 <sup> s > // float <s> let speed = distance / time // float<m / s >[< قياس >] نوع kg // كيلوغرام [< قياس >] نوع N = ( kg * m )/( s ^ 2 ) // نيوتن [< قياس >] نوع Pa = N /( m ^ 2 ) // باسكال[< قياس >] نوع أيام let better_age = 3u < أيام > // uint<أيام>

يُوفّر مُدقّق الأنواع الثابتة في لغة F# هذه الوظيفة أثناء الترجمة، ولكن يتم حذف الوحدات من الكود المُترجم. وبالتالي، لا يُمكن تحديد وحدة القيمة أثناء التشغيل.

تسمح لغة F# ببعض أشكال تخصيص بناء الجملة عبر البرمجة الوصفية لدعم تضمين لغات خاصة بمجال معين داخل لغة F#، لا سيما من خلال تعبيرات الحساب. ^{[ 55 ]}

تتضمن لغة F# ميزةً للبرمجة الوصفية أثناء التشغيل تُسمى الاقتباسات. ^{[ 63 ]} يُقيّم تعبير الاقتباس إلى تمثيل شجري مجرد لبنية تعبيرات F#. وبالمثل، يمكن الوصول إلى التعريفات المُصنّفة بهذه السمة في شكل اقتباس. تُستخدم اقتباسات F# لأغراض متنوعة، بما في ذلك ترجمة كود F# إلى JavaScript ^{[ 8 ]} وكود GPU ^{[ 9 ]} . تُمثل الاقتباسات تعبيرات كود F# كبيانات لاستخدامها من قِبل أجزاء أخرى من البرنامج، مع اشتراط أن يكون كود F# صحيحًا نحويًا.[<ReflectedDefinition>]

قدّمت لغة F# 3.0 شكلاً من أشكال البرمجة الوصفية في وقت الترجمة من خلال توليد أنواع قابلة للتوسيع بشكل ثابت تُعرف باسم مُزوّدي أنواع F#. ^{[ 64 ]} يسمح مُزوّدو أنواع F# بتوسيع مُصرّف F# وأدواته بمكونات تُوفّر معلومات النوع للمُصرّف عند الطلب في وقت الترجمة. وقد استُخدم مُزوّدو أنواع F# لتوفير وصول مُحدّد النوع إلى مصادر المعلومات المُتصلة بطريقة قابلة للتوسع، بما في ذلك مخطط المعرفة Freebase . ^{[ 65 ]}

في F# 3.0، تم دمج ميزات الاقتباس وتعبيرات الحساب في F# لتنفيذ استعلامات LINQ . ^{[ 66 ]} على سبيل المثال:

// استخدم موفر أنواع OData لإنشاء أنواع يمكن استخدامها للوصول إلى قاعدة بيانات Northwind. افتح Microsoft.FSharp.Data.TypeProvidersنوع Northwind = ODataService < "http://services.odata.org/Northwind/Northwind.svc" > let db = Northwind . GetDataContext ()// تعبير استعلام. let query1 = query { for customer in db . Customers do select customer }

يُعرف الجمع بين موفري الأنواع والاستعلامات والبرمجة الوظيفية ذات الأنواع القوية باسم البرمجة الغنية بالمعلومات . ^{[ 67 ]}

تدعم لغة F# نموذجًا مُعدَّلًا لبرمجة الممثلين من خلال تنفيذ وكلاء غير متزامنين خفيفي الوزن في الذاكرة. على سبيل المثال، يُعرِّف الكود التالي وكيلًا وينشر رسالتين:

نوع الرسالة = | إضافة سلسلة نصية | إزالة قناة الرد غير المتزامن < الخيار < السلسلة النصية >>// يوفر وصولاً متزامنًا إلى قائمة من السلاسل النصية let listManager = MailboxProcessor.Start ( fun inbox - > let rec messageLoop list = async { let ! msg = inbox.Receive ( ) match msg with | Enqueue item -> return ! messageLoop ( item :: list )| إزالة قناة الرد من قائمة الانتظار -> مطابقة القائمة مع | [] -> قناة الرد . الرد لا شيء إرجاع ! حلقة الرسائل القائمة | الرأس :: الذيل -> قناة الرد . الرد ( رأس ما ) إرجاع ! حلقة الرسائل الذيل }// ابدأ الحلقة بقائمة فارغة messageLoop [] )// الاستخدام غير المتزامن { // إضافة بعض السلاسل النصية إلى قائمة الانتظار listManager.Post ( Enqueue " Hello" ) listManager.Post ( Enqueue " World " )// إزالة السلاسل النصية من قائمة الانتظار ومعالجتها let! str = listManager.PostAndAsyncReply ( Dequeue ) str |> Option.iter ( printfn " تمت إزالة السلسلة النصية من قائمة الانتظار: %s" )} |> بدء غير متزامن

تُعدّ SAFE Stack حزمة برمجية متكاملة مكتوبة بلغة F# لتطوير تطبيقات الويب. وهي تستخدم ASP.NET Core على جانب الخادم وFable على جانب العميل. ^{[ 71 ]}

تشمل الخيارات البديلة الشاملة للغة F# إطار عمل WebSharper وإطار عمل Oxpecker. ^{[ 72 ]}

يمكن استخدام لغة F# مع أدوات Visual Studio لـ Xamarin لتطوير تطبيقات لأنظمة iOS و Android . توفر مكتبة Fabulous واجهة وظيفية أكثر سهولة في الاستخدام.

من بين استخدامات أخرى، تُستخدم لغة F# في برمجة التمويل الكمي، ^{[ 73 ]} وتجارة الطاقة وتحسين المحافظ الاستثمارية، ^{[ 74 ]} والتعلم الآلي، ^{[ 75 ]} وذكاء الأعمال ، ^{[ 76 ]} والألعاب الاجتماعية على فيسبوك . ^{[ 77 ]}

في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، تم تقديم لغة F# كبديل مُحسَّن للغة C# . وقد ساهمت قدرة F# على كتابة البرامج النصية وتوافقها مع جميع منتجات مايكروسوفت في جعلها شائعة بين المطورين. ^{[ 78 ]}

يمكن استخدام لغة F# كلغة برمجة نصية، وخاصةً لبرمجة حلقات القراءة والتقييم والطباعة (REPL) على سطح المكتب. ^{[ 79 ]}