F# یک زبان برنامه‌نویسی مبتنی بر تابع است که بخشی از خانواده زبان‌های ML بوده و بر روی پلتفرم .NET اجرا می‌شود. این زبان به گونه‌ای طراحی شده است که کدهای مختصر و بیانی را تسهیل کند و در عین حال از هر دو پارادایم برنامه‌نویسی تابعی و شی‌گرا پشتیبانی قوی داشته باشد. F# به خاطر استنتاج نوع قدرتمند، ساختارهای داده غیرقابل تغییر و تمرکز بر اصول برنامه‌نویسی تابعی شناخته شده است و به ویژه برای تحلیل داده، محاسبات علمی و توسعه وب بسیار مؤثر است.
F# در اوایل دهه 2000 توسط دان سایم در مایکروسافت ریسرچ توسعه یافت. هدف ایجاد زبانی بود که از قابلیت‌های فریم‌ورک .NET بهره‌برداری کند و بر برنامه‌نویسی تابعی تأکید داشته باشد. F# در سال 2016 به یک پروژه متن‌باز تبدیل شد و به این ترتیب دامنه وسیع‌تری از مشارکت‌کنندگان توانستند بر توسعه آن تأثیر بگذارند. در حال حاضر، F# بخشی از خانواده .NET است و توسط مایکروسافت و جامعه از طریق به‌روزرسانی‌های مختلف پشتیبانی می‌شود. این زبان به ویژه در بخش‌هایی که به راه‌حل‌های محاسباتی با عملکرد بالا و قابل اعتماد نیاز دارند، محبوب است.
F# از چندین زبان برنامه‌نویسی تابعی، به ویژه ML و OCaml الهام زیادی گرفته است. این زبان ویژگی‌هایی از زبان‌های شی‌گرا مانند C# و Java را در خود گنجانده و آن را برای حوزه‌های مختلف برنامه‌نویسی چندمنظوره می‌سازد. F# به گونه‌ای طراحی شده است که به راحتی با سایر زبان‌های .NET مانند C# و VB.NET کار کند و امکان تعامل و استفاده از کتابخانه‌های مشترک را فراهم می‌آورد.
F# به طور گسترده‌ای در علم داده، توسعه وب و مالی استفاده می‌شود. سیستم نوع قوی و قابلیت‌های تابعی آن، آن را به انتخابی مناسب برای برنامه‌هایی که به مدیریت دقیق داده و الگوریتم‌های پیچیده نیاز دارند، تبدیل کرده است. سازمان‌هایی مانند مایکروسافت و مؤسسات مالی مختلف از F# برای ایجاد راه‌حل‌های نرم‌افزاری قوی استفاده می‌کنند.
F# دارای استنتاج نوع قوی است که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد در بسیاری از موارد از ذکر صریح نوع‌ها صرف‌نظر کنند. به عنوان مثال:
let add x y = x + y
در این مثال، F# استنتاج می‌کند که x و y از نوع int هستند.
داده‌ها در F# به طور پیش‌فرض غیرقابل تغییر هستند و اصول برنامه‌نویسی تابعی را ترویج می‌دهند. به عنوان مثال:
let number = 10
// number = 20 منجر به خطا خواهد شد
توابع در F# به عنوان موجودات درجه یک شناخته می‌شوند و می‌توان آن‌ها را به عنوان آرگومان‌ها منتقل کرد یا از توابع دیگر بازگرداند:
let add x y = x + y
let applyFunc f x y = f x y
applyFunc add 3 4 // نتیجه 7 است
F# قابلیت‌های تطابق الگوی قدرتمندی را ارائه می‌دهد که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد کدهای واضح و بیانی بنویسند:
let describeValue x =
match x with
| 0 -> "صفر"
| _ when x > 0 -> "مثبت"
| _ -> "منفی"
اتحادهای تفکیک‌شده اجازه ایجاد نوع‌هایی را می‌دهند که می‌توانند چندین حالت متمایز را نمایندگی کنند و ایمنی نوع را افزایش دهند:
type Shape =
| Circle of radius: float
| Rectangle of width: float * height: float
الگوهای فعال به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند تا ساختارهای تطابق الگوی سفارشی ایجاد کنند و شکرگذاری نحوی برای سناریوهای تطابق پیچیده فراهم کنند:
let (|Even|Odd|) n = if n % 2 = 0 then Even else Odd
F# از برنامه‌نویسی غیرهمزمان از طریق جریان‌های غیرهمزمان پشتیبانی می‌کند و کار با عملیات ورودی/خروجی را آسان می‌سازد:
let asyncJob = async {
let! result = Async.Sleep(1000)
return "انجام شد"
}
F# واحدهای اندازه‌گیری را برای ایمنی نوع در برنامه‌هایی که به ابعاد فیزیکی نیاز دارند، فراهم می‌کند:
[<Measure>] type meter
let distance: float<meter> = 5.0<meter>
F# اجازه ایجاد عبارات محاسباتی را می‌دهد که مکانیزم‌های کنترل جریان سفارشی را فعال می‌کند:
let result =
async {
let! x = Async.Sleep(1000) |> Async.RunSynchronously
return x + 1
}
اگرچه F# به عنوان یک زبان مبتنی بر تابع شناخته می‌شود، اما به طور کامل از برنامه‌نویسی شی‌گرا پشتیبانی می‌کند و اجازه تعریف کلاس‌ها و وراثت را می‌دهد:
type Shape() =
member this.Area() = 0.0
F# بر روی زمان اجرای .NET اجرا می‌شود که محیط اجرایی قوی، پشتیبانی از جمع‌آوری زباله و اکوسیستم غنی کتابخانه‌ها را فراهم می‌کند.
محبوب‌ترین محیط‌های توسعه یکپارچه (IDE) برای توسعه F# شامل JetBrains Rider، Visual Studio و Visual Studio Code با افزونه Ionide است. هر یک از این IDEها ویژگی‌های ضروری توسعه مانند هایلایت نحوی، اشکال‌زدایی، IntelliSense و سایر ویژگی‌های مهم را ارائه می‌دهند.
F# شامل یک کامپایلر F# (fsharpc) است که کد منبع F# را به فرمت‌های اجرایی سازگار با زمان اجرای .NET تبدیل می‌کند. برای ساخت یک پروژه F#، توسعه‌دهندگان معمولاً از CLI .NET استفاده می‌کنند:
dotnet build
برای ایجاد یک پروژه جدید F#، می‌توان از دستور زیر استفاده کرد:
dotnet new console -lang F#
این دستور یک برنامه کنسولی با ساختار دایرکتوری و پیکربندی مناسب را راه‌اندازی می‌کند.
F# به طور گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف استفاده می‌شود، از جمله:
F# عمدتاً با زبان‌هایی مانند C#، Haskell و Scala مقایسه می‌شود به دلیل تأکید آن بر برنامه‌نویسی تابعی در حالی که ویژگی‌های شی‌گرا را نیز در خود دارد.
C# در مقابل F#: C# عمدتاً شی‌گرا است با برخی ویژگی‌های تابعی، در حالی که F# برنامه‌نویسی تابعی را در اولویت قرار می‌دهد. توسعه‌دهندگانی که از C# به F# مهاجرت می‌کنند ممکن است متوجه شوند که F# راه‌های مختصرتر برای بیان الگوریتم‌ها ارائه می‌دهد اما نیاز به تغییر ذهنیت دارد.
Haskell در مقابل F#: Haskell به طور خالص تابعی و تنبل است، در حالی که F# مبتنی بر تابع است و برنامه‌نویسی دستوری را نیز مجاز می‌داند. Haskell معمولاً به دلیل ماهیت انتزاعی‌اش نسبت به ادغام F# در اکوسیستم .NET، منحنی یادگیری تندتری دارد.
Scala در مقابل F#: هر دو زبان از برنامه‌نویسی تابعی پشتیبانی می‌کنند، اما Scala بر روی JVM اجرا می‌شود و بیشتر با Java در هم تنیده است. F# برای .NET طراحی شده است که ممکن است F# را برای کسانی که در اکوسیستم مایکروسافت هستند، جذاب‌تر کند.
کد F# می‌تواند به راحتی به C# ترجمه شود زیرا هر دو زبان بخشی از اکوسیستم .NET هستند و معمولاً کدهای قابل نگهداری و با عملکرد بالا تولید می‌کنند.
ابزارهای مختلفی برای کمک به ترجمه کد به کد وجود دارد. اگرچه این ابزارها به طور خاص برای F# طراحی نشده‌اند، اما می‌توانید از ترنسپایلرهای عمومی استفاده کنید یا به صورت دستی F# را به C# تبدیل کنید و از شباهت‌های نحوی و نوع‌ها به دلیل بنیاد مشترک .NET بهره ببرید. برای پروژه‌های بزرگ‌تر، ابزارهایی مانند "Fable" می‌توانند F# را به JavaScript تبدیل کنند و توسعه برنامه‌های وب را ممکن سازند.