12.4.2 自定义 F# 语言

到目前为止，我们所讨论过的序列表达式，都是用 seq 标识符表示，后面的代码块括在大括号中。然而，F# 还允许我们创建自己的标识符，给代码块以特殊的意义。通常，这个功能称为计算表达式（computation expressions），而序列表达式是它的一个特例，是由 F#核心所实现，并经编译器优化。

我们已经知道，计算表达式可以包含标准的语言结构，比如 for 循环，还有别的结构，像 yield。在代码块之前的标识符，描述构造的意义，其方式与查询运算符（例如，Select 和 Where 扩展方法）描述 LINQ 查询所执行的操作，完全相同。这就是说，我们可以创建自定义的计算表达式，用于处理选项值。我们可以用 for 结构处理选项值，但是，F# 提供了更好的自定义表达式的方法，在清单 12.16 中可以看到这些替代方法。第一个版本使用的语法类似于序列表达式；第二个版本功能相同，但方法更自然。

清单 12.16 处理选项值的计算表达式 (F#)

// 使用自定义的 ‘for‘ 基本操作，进行值绑定

option {

  for n in tryReadInt() do

    for m in tryReadInt() do

      yield n * m

}

// 使用专门的 ‘let!‘ 基本操作，进行值绑定

option {

  let! n = tryReadInt()

  let! m = tryReadInt()

  return n * m

}

在计算表达式内部，所有自定义的基本操作（例如，for、yield 和 let!）所发生的行为，由可选（option）标识符决定，它定义了我们所写的计算表达式的种类。现在，我们可以知道，序列表达式就是由 seq 标识符定义的特殊情况。我们将在 12.5 节学习定义标识符，现在，先看一下清单 12.16 中的两个例子。

第一个版本与清单 12.15 中的 LINQ 查询极为相似，每一个 for 循环至少能够执行一次。当选项值包含值时，将分别绑定到符号 n 或 m，并执行循环体。开发人员只希望循环处理集合，而是不处理选项值，而结构 for 和 yield 通常只能用于处理序列。当我们创建计算表达式，处理其他类型值时，将使用后面的语法。第二个版本使用了不止两个计算表达式基本操作，第一个是 let!，表示自定义的值绑定。

在这两个版本中，值 n 和 m 的类型是整数，自定义的值绑定从类型 option<int> 的值中取出实际值。当从TryReadInt 返回的值为 None时，它可能无法把值分配给符号，这样，整个计算表达式将立即返回 None，不会执行其余的代码。表达式中的第二个非标准基本操作是 return，描述了如何从值构建选项值。在清单 12.16 中，我们给它的是整数值，它构造的结果类型是 option<int>。

我们刚才所了解的概念，可以看作是一种函数式的设计模式，使用 F# 计算表达式，可以不要了解模式的所有细节。如果想学习如何自定义计算表达式，了解概念和术语有关的背景知识，是非常有用的。补充材料“计算表达式和单子”更详细地讨论了这种模式，以及它与 Haskell 单子的关系。

 计算表达式和单子

 我们在前面提到过，F# 中的计算表达式是一种称为单子（monads，一元运算）思想的实现，在 Haskell 中非常有用。单子是数学术语，但 F# 使用了不同的名字，更好地反映了这种思想在 F# 语言中的使用。

当定义计算表达式（或单子）时，我们总是使用泛型类型，比如 M <‘a>，这通常称为单子类型（monadic type），它描述了计算的含义，这种类型能够给我们所写代码增加了含义。例如，刚才我们看到的 option<‘a>，给代码增加了返回未定义值（None）的可能性。序列也是一种形式的单子，类型 seq <‘a> 给代码增加了处理多个值的能力。

每个计算表达式（或单子）是由两个函数，bind 和 return，实现的。bind 能够创建和组合计算，处理单子类型的值。在清单 12.16 中，每当我们使用 let! 基本操作时，就使用了bind  操作。return 用于构造单子类型的值。

值得注意的是，序列表达式也是单的一个实例。对于序列，绑定操作是 Seq.collect，虽然在序列表达式中，我们没有用 let! 语法，而是使用更舒服的 for 循环语法。清单 12.16 展示了两者密切相关。序列的 return 操作创建了只有一个元素的序列。在序列表达式的内部，可以用更自然的 yield 基本操作来写。

在下一节，我们将学习可能是最简单的自定义计算，用 C# 和 F# 来实现，解释单子类型的含义，以及 bind 和 return 操作。

12.4.2 自定义 F# 语言