學習 FP 如何使用 Tuple

Tuple 是 FP 語言常見的型別,且 C# 7.0 也開始有 Tuple,讓我們藉由 F# 學習該如何活用 Tuple

Version


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

Definition


Tuple

將不同型別的 value 整合成單一 value

在將不同型別整合成單一型別,F# 提供了 3 種方式:

  1. Tuple

  2. Record

  3. Union

其中 TupleRecord 提供類似 AND 的方式將不同型別加以整合,而 Union 則提供類似 OR 的方式將不同型別加以整合。1 1關於 F# 的 Union,詳細請參考 深入探討 F# 之 Discriminated Union

RecordTuple 的差異在於 Record 為 named type,須事先定義型別,而 Tuple 則為 unmamed type,可直接使用,Type Inference 會幫我們推導出 Tuple 型別。

建立 Tuple


相同型別

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let dinner = ("green eggs", "ham")

green eggsham 兩個 string 整合成一個 dinner tuple。

uple00

Type Inference 自動推導出 dinner tuple 為 string * string

Tuple 型別表示法,是以 * 串接各型別,因為 Tuple 概念是 AND,所以使用 *

不同型別

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let dinner = ("green eggs", 16);

若只是將 tuple 用在相同型別,則顯示不出 tuple 的威力,相同型別大可使用 ArrayList ,tuple 讓我們可以將 不同型別 包在同一個 tuple。

uple00

Type Inference 自動推導出 dinner tuple 為 string * int

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let nested = (1, (2.0, 3M), (4L, "5", '6'))

甚至也可以巢狀的方式使用 tuple。

分解 Tuple


Tuple 將不同 value 整合單一 tuple 後,馬上會遇到另外一個問題:

Q:如何將單一 tuple 分解成 value?

F# 提供 3 種方式:

  • fst()snd()
  • Let Binding
  • Pattern Matching

fst() 與 snd()

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let students = ("John", "Smith")

printfn "%s" (fst students)
printfn "%s" (snd students)

若只是兩個 element 的 tuple,可使用 fst()snd() function 分解 tuple。

沒有 trd(),但可自行建立 let trd (_, _, z) = z

Let Binding

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let students = ("John", "Smith", "Jessie")
let student1, student2, student3 = students

printfn "%s, %s, %s" student1 student2 student3

直接使用 let,會自動將 tuple 分解到各別 value,也沒 element 數限制。

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let students = ("John", "Smith", "Jessie")
let student1, student2, _ = students

printfn "%s, %s" student1 student2

若只需部分 element,可使用 _ 忽略之。

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let students = ("John", "Smith", "Jessie")

let print (student1, student2, student3) =
printfn "%s %s %s" student1 student2 student3

students
|> print

當 tuple 傳進 function 參數時,可直接分解成 value。

Pattern Matching

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let students = ("John", "Smith", "Jessie")

let print students =
match students with
| (student1, student2, student3) -> printfn "%s %s %s" student1 student2 student3

students
|> print

亦可使用 Pattern Matching 對 tuple 加以分解。

活用 Tuple


將 Tuple 當成參數

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let values = (2, 3, 4)

let add (x, y, z) = x + y + z

values
|> add
|> printfn "%d"

// 9

values 為 tuple,而 add()int * int * int -> int

values 傳進 add() 時,會自動分解成 xyz

Tuple vs. Partial Function Application

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let add1 x y z = x + y + z
let add2 (x, y, z) = x + y + z

雖然都是 x + y + z,但 add1()add2() 意義完全不同。

add1()int -> int -> int -> int

add2()int * int * int -> int

add1() 可使用 Partial Function Application 方式使用,也就是若只傳一個參數 int,將回傳 int -> int -> int function,若傳入兩個參數 int,將回傳 init -> int function。

add2() 則必須一次傳入整個 tuple,不能只傳 部分參數

Q:我該使用 Tuple 或 Partial Function Application 呢?

  • 完全視 設計考量語意
  • Partial Function Application 使用上會比 Tuple 靈活
  • 若你不希望被當成 Partial Function Application 使用,則使用 Tuple。

將 Tuple 當成回傳值

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let divRem a b =
let x = a / b
let y = a % b
(x, y)

有些 function 會希望一次回傳多個值,如 兩數相除,會希望同時傳回 商數餘數

傳統程式語言我們會回傳 ArrayList,但有相同型別的限制;在 OOP 我們會回傳 Object,但必須事先建立 class;但在 FP 我們可回傳 Tuple

Conclusion


  • Tuple 不用事先定義型別,可以直接使用,特別適合 function 只使用一次的 參數回傳值 型別
  • 在 OOP,若我們想將 多個參數 合併成 單一參數,或將 多回傳值 合併成 單一回傳值,我們必須使用 Object,但常常糾結是否該特別開一個 class 型別;但在 FP,我們可以隨時使用 tuple,也能享受 compile 強型別的檢查

Reference


Microsoft Docs, Tuples
F# for fun and profit, Tuples
Chris Smith, Pramming F# 3.0 2nd

2018-04-04