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language: "Standard ML"
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contributors:
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- ["Simon Shine", "http://shine.eu.org/"]
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- ["David Pedersen", "http://lonelyproton.com/"]
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- ["James Baker", "http://www.jbaker.io/"]
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- ["Leo Zovic", "http://langnostic.inaimathi.ca/"]
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filename: standard-ml-cn.sml
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translators:
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- ["Buqian Zheng", "https://github.com/zhengbuqian"]
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lang: zh-cn
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Standard ML是一门拥有类型推断和一些副作用的函数式编程语言。学习Standard ML的一些
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难点在于：递归、模式匹配和类型推断（猜测正确的类型但是决不允许隐式类型转换）。与Haskell的
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不同之处在于Standard ML拥有引用，允许对变量进行更新。
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```ocaml
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(* Standard ML的注释以 (* 开头，以 *) 结束。注释可以嵌套，也就意味着所有的 (* 标签都
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需要由一个 *) 结束。这条注释就是两个嵌套的注释的例子。*)
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(* 一个Standard ML程序包括声明，例如值声明： *)
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val rent = 1200
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val phone_no = 5551337
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val pi = 3.14159
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val negative_number = ~15 (* 是的，一元运算符用波浪符号`~`表示 *)
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(* 你当然也可以显示的声明类型，但这并不是必须的，因为ML会自动推断出值的类型。*)
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val diameter = 7926 : int
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val e = 2.718 : real
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val name = "Bobby" : string
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(* 同样重要的还有函数： *)
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fun is_large(x : int) = if x > 37 then true else false
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(* 浮点数被叫做实数： "real". *)
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val tau = 2.0 * pi (* 两个real可以相乘 *)
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val twice_rent = 2 * rent (* 两个int也可以相乘 *)
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(* val meh = 1.25 * 10 *) (* 但是你不能让int和real相乘。 *)
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val yeh = 1.25 * (Real.fromInt 10) (* ...除非你显示的把一个转换为另一个*)
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(* +, - 和 * 被重载过，所以可以作用于int和real。*)
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(* 但是除法有单独的运算符： *)
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val real_division = 14.0 / 4.0 (* 结果是 3.5 *)
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val int_division = 14 div 4 (* 结果是 3， 向下取整 *)
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val int_remainder = 14 mod 4 (* 结果是 2， 因为 3*4 = 12 *)
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(* ~ 有时其实是函数 (比如被放在变量前面的时候) *)
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val negative_rent = ~(rent) (* 即使rent是"real"也正确 *)
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(* 当然也有布尔值和相关的运算符 *)
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val got_milk = true
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val got_bread = false
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val has_breakfast = got_milk andalso got_bread (* 'andalso' 是运算符 *)
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val has_something = got_milk orelse got_bread (* 'orelse' 是运算符 *)
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val is_sad = not(has_something) (* not 是一个函数 *)
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(* 很多值都可以用判等性运算符进行比较： = 和 <> *)
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val pays_same_rent = (rent = 1300) (* false *)
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val is_wrong_phone_no = (phone_no <> 5551337) (* false *)
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(* <> 运算符就是其他大部分语言里的 != 。 *)
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(* 'andalso' 和 'orelse' 在很多其他语言里被叫做 && 和 || 。 *)
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(* 实际上，上面大部分的圆括号都是不需要的。比如表达上面内容的一些不同的方式： *)
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fun is_large x = x > 37
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val is_sad = not has_something
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val pays_same_rent = rent = 1300 (* 看起来很奇怪，但是就是这样的。 *)
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val is_wrong_phone_no = phone_no <> 5551337
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val negative_rent = ~rent (* ~ rent (注意空格) 也正确 *)
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(* 圆括号大部分时候用来把东西们组合在一起 *)
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val some_answer = is_large (5 + 5) (* 没有圆括号的话会出错！ *)
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(* val some_answer = is_large 5 + 5 *) (* 会被理解为： (is_large 5) + 5. 错了！ *)
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(* 除了boolean, int, real，Standard ML也有char和string *)
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val foo = "Hello, World!\n" (* \n是换行的转移字符 *)
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val one_letter = #"a" (* 这种酷炫的语法表示一个字符a *)
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val combined = "Hello " ^ "there, " ^ "fellow!\n" (* 拼接字符串 *)
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val _ = print foo (* 你可以打印一些东西，这儿我们队打印的结果并不感兴趣，因此 *)
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val _ = print combined (* 用 _ 把结果丢掉了 *)
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(* val _ = print one_letter *) (* 只有字符串才能被这样打印 *)
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val bar = [ #"H", #"e", #"l", #"l", #"o" ] (* SML 也有列表！ *)
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(* val _ = print bar *) (* 然而列表和string是不同的 *)
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(* 当然这二者可以相互转换。String是一个库，implode和size是这个库里接受string作为
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参数的函数。*)
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val bob = String.implode bar (* 结果是 "Hello" *)
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val bob_char_count = String.size bob (* 结果是 5 *)
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val _ = print (bob ^ "\n") (* 为了好看加了个换行符 *)
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(* 列表可以包含任意类型的元素 *)
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val numbers = [1, 3, 3, 7, 229, 230, 248] (* : int list *)
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val names = [ "Fred", "Jane", "Alice" ] (* : string list *)
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(* 列表甚至可以包含列表！ *)
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val groups = [ [ "Alice", "Bob" ],
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[ "Huey", "Dewey", "Louie" ],
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[ "Bonnie", "Clyde" ] ] (* : string list list *)
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val number_count = List.length numbers (* 结果是 7 *)
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(* 你可以使用 :: 操作符把单个值放到同样类型列表的最前面。
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:: 叫做con操作符（名字来自Lisp） *)
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val more_numbers = 13 :: numbers (* 结果是 [13, 1, 3, 3, 7, ...] *)
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val more_groups = ["Batman","Superman"] :: groups
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(* 拥有同样类型元素的列表可以使用 @ 操作符连接起来 *)
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val guest_list = [ "Mom", "Dad" ] @ [ "Aunt", "Uncle" ]
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(* 使用 :: 操作符也能完成这项工作。但是这有点绕，因为左手边必须是单个元素
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而右边必须是这种元素的列表 *)
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val guest_list = "Mom" :: "Dad" :: [ "Aunt", "Uncle" ]
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val guest_list = "Mom" :: ("Dad" :: ("Aunt" :: ("Uncle" :: [])))
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(* 如果你有很多同样类型的列表，也可以整个拼接成一个。 *)
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val everyone = List.concat groups (* [ "Alice", "Bob", "Huey", ... ] *)
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(* 列表可以包含任意（无限）数量的元素 *)
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val lots = [ 5, 5, 5, 6, 4, 5, 6, 5, 4, 5, 7, 3 ] (* still just an int list *)
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(* 但是列表只能包含一种类型的元素 *)
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(* val bad_list = [ 1, "Hello", 3.14159 ] : ??? list *)
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(* 而元组Tuples则可以包含有限固定数量的不同类型的元素 *)
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val person1 = ("Simon", 28, 3.14159) (* : string * int * real *)
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(* 你甚至可以让列表和元组相互嵌套 *)
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val likes = [ ("Alice", "ice cream"),
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("Bob", "hot dogs"),
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("Bob", "Alice") ] (* : (string * string) list *)
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val mixup = [ ("Alice", 39),
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("Bob", 37),
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("Eve", 41) ] (* : (string * int) list *)
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val good_bad_stuff =
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(["ice cream", "hot dogs", "chocolate"],
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["liver", "paying the rent" ]) (* : string list * string list *)
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(* 记录Record是每个位置带名字的元组 *)
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val rgb = { r=0.23, g=0.56, b=0.91 } (* : {b:real, g:real, r:real} *)
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(* 使用Record时不需要提前声明每个位置的名字。 有不同名字的Record属于不同的类型
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即使他们的值的类型是相同的。比如说：*)
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val Hsl = { H=310.3, s=0.51, l=0.23 } (* : {H:real, l:real, s:real} *)
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val Hsv = { H=310.3, s=0.51, v=0.23 } (* : {H:real, s:real, v:real} *)
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(* ...如果你想判断 `Hsv = Hsl` 或者 `rgb = Hsl` 的话，会得到一个类型错误。虽然他们都包含3个
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real，但是由于名字不同，其类型也不同。 *)
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(* 可以使用 # 符号取出元组的值 *)
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val H = #H Hsv (* : real *)
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val s = #s Hsl (* : real *)
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(* 函数！ *)
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fun add_them (a, b) = a + b (* 一个简单的加法函数 *)
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val test_it = add_them (3, 4) (* 结果是 7 *)
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(* 复杂函数通常会为了可读性写成多行 *)
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fun thermometer temp =
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if temp < 37
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then "Cold"
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else if temp > 37
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then "Warm"
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else "Normal"
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val test_thermo = thermometer 40 (* 结果是 "Warm" *)
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(* if 实际上是表达式而不是声明。一个函数体只可以包含一个表达式。但是还是有一些小技巧
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让一个函数做更多的事。 *)
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(* 函数也可以使用调用自己的结果 (递归！) *)
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fun fibonacci n =
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if n = 0 then 0 else (* 终止条件 *)
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if n = 1 then 1 else (* 终止条件 *)
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fibonacci (n - 1) + fibonacci (n - 2) (* 递归 *)
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(* 有的时候，手写出递归函数的执行过程能帮助理解递归概念：
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fibonacci 4
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~> fibonacci (4 - 1) + fibonacci (4 - 2)
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~> fibonacci 3 + fibonacci 2
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~> (fibonacci (3 - 1) + fibonacci (3 - 2)) + fibonacci 2
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~> (fibonacci 2 + fibonacci 1) + fibonacci 2
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~> ((fibonacci (2 - 1) + fibonacci (2 - 2)) + fibonacci 1) + fibonacci 2
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~> ((fibonacci 1 + fibonacci 0) + fibonacci 1) + fibonacci 2
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~> ((1 + fibonacci 0) + fibonacci 1) + fibonacci 2
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~> ((1 + 0) + fibonacci 1) + fibonacci 2
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~> (1 + fibonacci 1) + fibonacci 2
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~> (1 + 1) + fibonacci 2
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~> 2 + fibonacci 2
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~> 2 + (fibonacci (2 - 1) + fibonacci (2 - 2))
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~> 2 + (fibonacci (2 - 1) + fibonacci (2 - 2))
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~> 2 + (fibonacci 1 + fibonacci 0)
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~> 2 + (1 + fibonacci 0)
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~> 2 + (1 + 0)
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~> 2 + 1
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~> 3 第四个斐波那契数
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*)
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(* 函数不能改变它引用的值。它只能暂时的使用同名的新变量来覆盖这个值。也就是说，变量其实是
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常数，只有在递归的时候才表现的比较像变量。因此，变量也被叫做值绑定。举个例子： *)
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val x = 42
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fun answer(question) =
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if question = "What is the meaning of life, the universe and everything?"
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then x
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else raise Fail "I'm an exception. Also, I don't know what the answer is."
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val x = 43
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val hmm = answer "What is the meaning of life, the universe and everything?"
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(* 现在 hmm 的值是 42。 这是因为函数 answer 引用的x是函数定义之前的x。 *)
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(* 函数通过接受一个元组来接受多个参数。 *)
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fun solve2 (a : real, b : real, c : real) =
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((~b + Math.sqrt(b * b - 4.0 * a * c)) / (2.0 * a),
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(~b - Math.sqrt(b * b - 4.0 * a * c)) / (2.0 * a))
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(* 有时候同样的计算会被计算多次，因此把结果保存下来以重复使用是很有必要的。
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这时可以使用 let 绑定。 *)
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fun solve2 (a : real, b : real, c : real) =
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let val discr = b * b - 4.0 * a * c
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val sqr = Math.sqrt discr
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val denom = 2.0 * a
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in ((~b + sqr) / denom,
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(~b - sqr) / denom)
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end
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(* 模式匹配是函数式编程的一个精巧的部分，它是实现 if 的另一种方式。
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斐波那契函数可以被重写为如下方式： *)
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fun fibonacci 0 = 0 (* 终止条件 *)
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| fibonacci 1 = 1 (* 终止条件 *)
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| fibonacci n = fibonacci (n - 1) + fibonacci (n - 2) (* 递归 *)
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(* 模式匹配也可以用于比如元组、列表和记录的复合类型。"fun solve2 (a, b, c) = ..."
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的写法实际上也是对于一个三元素元组的模式匹配。类似但是比较不直观的是你也可以从列表的开头
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对列表元素进行匹配。 *)
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fun first_elem (x::xs) = x
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fun second_elem (x::y::xs) = y
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fun evenly_positioned_elems (odd::even::xs) = even::evenly_positioned_elems xs
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| evenly_positioned_elems [odd] = [] (* 终止条件：丢弃结果 *)
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| evenly_positioned_elems [] = [] (* 终止条件 *)
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(* 匹配记录的时候，比如使用每个位置的名字，每个位置的值都需要绑定，但是顺序并不重要。 *)
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fun rgbToTup {r, g, b} = (r, g, b) (* fn : {b:'a, g:'b, r:'c} -> 'c * 'b * 'a *)
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fun mixRgbToTup {g, b, r} = (r, g, b) (* fn : {b:'a, g:'b, r:'c} -> 'c * 'b * 'a *)
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(* 如果传入参数 {r=0.1, g=0.2, b=0.3}，上面的两个函数都会返回 (0.1, 0.2, 0.3)。
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但是传入参数 {r=0.1, g=0.2, b=0.3, a=0.4} 的话则会得到类型错误 *)
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(* 高阶函数： 可以接受其他函数作为参数的函数
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函数只不过是另一种类型的值，不需要依附与一个名字而存在。
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没有名字的函数被叫做匿名函数或者lambda表达式或者闭包（因为匿名函数也依赖于词法作用域）*)
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val is_large = (fn x => x > 37)
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val add_them = fn (a,b) => a + b
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val thermometer =
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fn temp => if temp < 37
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then "Cold"
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else if temp > 37
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then "Warm"
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else "Normal"
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(* 下面的代码就是用了匿名函数，结果是 "ColdWarm" *)
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val some_result = (fn x => thermometer (x - 5) ^ thermometer (x + 5)) 37
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(* 这是一个作用于列表的高阶函数 *)
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(* map f l
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把f从左至右作用于l的每一个元素，并返回结果组成的列表。 *)
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val readings = [ 34, 39, 37, 38, 35, 36, 37, 37, 37 ] (* 先定义一个列表 *)
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val opinions = List.map thermometer readings (* 结果是 [ "Cold", "Warm", ... ] *)
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(* filter 函数用于筛选列表 *)
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val warm_readings = List.filter is_large readings (* 结果是 [39, 38] *)
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(* 你也可以创建自己的高阶函数。函数也可以通过 curry 来接受多个参数。
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从语法上来说，curry就是使用空格来分隔参数，而不是逗号和括号。 *)
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fun map f [] = []
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| map f (x::xs) = f(x) :: map f xs
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(* map 的类型是 ('a -> 'b) -> 'a list -> 'b list ，这就是多态。 *)
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(* 'a 被叫做类型变量 *)
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(* 函数可以被声明为中缀的。 *)
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val plus = add_them (* plus 现在和 add_them 是同一个函数。 *)
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infix plus (* plus 现在是一个中缀操作符。 *)
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val seven = 2 plus 5 (* seven 现在被绑定上了 7 *)
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(* 函数也可以在声明之前就声明为中缀 *)
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infix minus
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fun x minus y = x - y (* 这样有点不容易判断哪个是参数。 *)
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val four = 8 minus 4 (* four 现在被绑定上了 4 *)
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(* 中缀函数/操作符也可以使用 'op' 函数变回前缀函数。 *)
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val n = op + (5, 5) (* n is now 10 *)
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(* 'op' 在结合高阶函数的时候非常有用，因为高阶函数接受的是函数而不是操作符作为参数。
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大部分的操作符其实都是中缀函数。 *)
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(* foldl f init [x1, x2, ..., xn]
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返回
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f(xn, ...f(x2, f(x1, init))...)
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或者如果列表为空时返回 init *)
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val sum_of_numbers = foldl op+ 0 [1, 2, 3, 4, 5]
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(* 可以很方便的使用 datatype 定义或简单或复杂的数据结构。 *)
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datatype color = Red | Green | Blue
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(* 这个函数接受 color 之一作为参数。 *)
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fun say(col) =
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if col = Red then "You are red!" else
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if col = Green then "You are green!" else
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||
if col = Blue then "You are blue!" else
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raise Fail "Unknown color"
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val _ = print (say(Red) ^ "\n")
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(* datatype 经常和模式匹配一起使用。 *)
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fun say Red = "You are red!"
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| say Green = "You are green!"
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| say Blue = "You are blue!"
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| say _ = raise Fail "Unknown color"
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(* 一个二叉树 datatype *)
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datatype 'a btree = Leaf of 'a
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| Node of 'a btree * 'a * 'a btree (* 三个参数的构造器 *)
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(* 一颗二叉树： *)
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val myTree = Node (Leaf 9, 8, Node (Leaf 3, 5, Leaf 7))
|
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||
(* 画出来应该是这个样子：
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||
8
|
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/ \
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leaf -> 9 5
|
||
/ \
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leaf -> 3 7 <- leaf
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||
*)
|
||
|
||
(* 这个函数计算所有节点值的和。 *)
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||
fun count (Leaf n) = n
|
||
| count (Node (leftTree, n, rightTree)) = count leftTree + n + count rightTree
|
||
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val myTreeCount = count myTree (* myTreeCount is now bound to 32 *)
|
||
|
||
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||
(* 异常！ *)
|
||
(* 使用关键字 'raise' 来抛出异常： *)
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fun calculate_interest(n) = if n < 0.0
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then raise Domain
|
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else n * 1.04
|
||
|
||
(* 使用 "handle" 关键字来处理异常 *)
|
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val balance = calculate_interest ~180.0
|
||
handle Domain => ~180.0 (* x 现在的值是 ~180.0 *)
|
||
|
||
(* 某些异常还包含额外信息 *)
|
||
(* 一些内建异常的例子： *)
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||
fun failing_function [] = raise Empty (* 空列表异常 *)
|
||
| failing_function [x] = raise Fail "This list is too short!"
|
||
| failing_function [x,y] = raise Overflow (* 用作计算 *)
|
||
| failing_function xs = raise Fail "This list is too long!"
|
||
|
||
(* 使用 'handle' 时也可以使用模式匹配来保证异常都被处理。 *)
|
||
val err_msg = failing_function [1,2] handle Fail _ => "Fail was raised"
|
||
| Domain => "Domain was raised"
|
||
| Empty => "Empty was raised"
|
||
| _ => "Unknown exception"
|
||
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||
(* err_msg 的值会是 "Unknown exception"
|
||
因为 Overflow 没有在模式中列出，因此匹配到了通配符_。 *)
|
||
|
||
(* 我们也可以定义自己的异常 *)
|
||
exception MyException
|
||
exception MyExceptionWithMessage of string
|
||
exception SyntaxError of string * (int * int)
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||
(* 文件读写！ *)
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||
(* 把一首诗写进文件： *)
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||
fun writePoem(filename) =
|
||
let val file = TextIO.openOut(filename)
|
||
val _ = TextIO.output(file, "Roses are red,\nViolets are blue.\n")
|
||
val _ = TextIO.output(file, "I have a gun.\nGet in the van.\n")
|
||
in TextIO.closeOut(file)
|
||
end
|
||
|
||
(* 把一首诗读进一个字符串列表： *)
|
||
fun readPoem(filename) =
|
||
let val file = TextIO.openIn filename
|
||
val poem = TextIO.inputAll file
|
||
val _ = TextIO.closeIn file
|
||
in String.tokens (fn c => c = #"\n") poem
|
||
end
|
||
|
||
val _ = writePoem "roses.txt"
|
||
val test_poem = readPoem "roses.txt" (* gives [ "Roses are red,",
|
||
"Violets are blue.",
|
||
"I have a gun.",
|
||
"Get in the van." ] *)
|
||
|
||
(* 我们还可以创建指向值的引用，引用可以被更新。 *)
|
||
val counter = ref 0 (* 使用 ref 函数创建一个引用。 *)
|
||
|
||
(* 使用赋值运算符给引用复制 *)
|
||
fun set_five reference = reference := 5
|
||
|
||
(* 使用解引用运算符得到引用的值 *)
|
||
fun equals_five reference = !reference = 5
|
||
|
||
(* 递归很复杂的时候，也可以使用 while 循环 *)
|
||
fun decrement_to_zero r = if !r < 0
|
||
then r := 0
|
||
else while !r >= 0 do r := !r - 1
|
||
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(* 这将会返回 unit （也就是什么都没有，一个0元素的元组） *)
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(* 要返回值，可以使用分号来分开表达式。 *)
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fun decrement_ret x y = (x := !x - 1; y)
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```
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## 阅读更多
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* 安装交互式编译器 (REPL)，如：
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[Poly/ML](http://www.polyml.org/),
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[Moscow ML](http://mosml.org),
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[SML/NJ](http://smlnj.org/).
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* 上Coursera上的课程 [Programming Languages](https://www.coursera.org/course/proglang).
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* 购买 Larry C. Paulson 写的 *ML for the Working Programmer* 书。
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* 使用 [StackOverflow's sml 标签](http://stackoverflow.com/questions/tagged/sml).
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