编程语言的一些基础概念（一）：静态函数式编程

世界上最好的编程语言是什么？

这就好像问世界上最好的车是什么车？F1 比赛的，日常家用的和跑山路的最好的车显然是不一样的。同理，不同的编程语言也有他们最适合的使用场景，程序员们通常都会个几种语言，因为工作需要可能要学新的语言。不同编程语言之间是不是完全不一样呢？他们之间有没有什么共同点是不同语言间类似的呢？有没有一些最基本的概念？

最近在看了 Coursera 上的 Programming Languages, Part A，对于这个问题做了部分解答，这里做个阶段性的总结。

这是门什么样的课？

Programming Languages 这个课程是华盛顿大学的公开课，评分很高，包括在知乎上，有很多人推荐。

课程在 Coursera 上一共有三部分，分别用不同的编程语言来做基础概念的说明和对比，既有函数式编程，也有面向对象编程，Part A 用的是 Standard ML (SML)，Part B 是 Racket，Part C 是 Ruby，分别代表了不同类型的编程语言，为什么是这三门语言，作者在课程里有详细的解释。

[外链图片转存失败(img-9IPD7xDV-1562051143383)(https://i.imgur.com/r3yrs8R.png)]

这个课的重点不是在这几门语言本身，而是一些编程语言的概念，和使得这些语言变得优雅的语言特性。

函数式编程和 SML 的一些语言特性

整个课程的系列就介绍到这，Part A 的重点是函数式编程以及 SML 的一些语言特性。包括了函数式编程的一些概念 数据不可变 (Immutable Data)，头等函数 (First-Class Function)，高阶函数 (Higher-Order Function) 等，以及 SML 本身的一些特性 类型推论 (Type Inference)，柯里化和偏函数应用 (Currying and Partial Application)，模块 (Module) 等。

类型推论（Type Inference）

SML 是静态类型语言( Statistically Typed)，在编译时进行类型检查，同时它又是隐式类型 (Implicit Typed)，可以省略类型声明，在编译时会自动做类型的推导，来判断类型是不是正确的。

val x = 42
fun f(y,z,w) = if y then z+x else 0

函数 f 的参数省略了声明类型，编译器从 x = 42 和 z+x 可以推导出 x 和 z 的类型是 int，从 if y 可以推导出 y 的类型是 bool。这个特性能让代码简洁不少。

List 的用法和非函数式编程很不一样

在 SML 里，List 的最主要功能有两个 hd 代表 head，取数组的第一个元素，tl 表示 tail，数组的第一个之外的全部元素，因为有这样的特性，使得函数式编程的数组递归变得很顺其自然。

fun sum_list (xs : int list) =
	if null xs
	then 0
	else hd(xs) + sum_list(tl xs)

多态的数据类型（Polymorphic Datatypes）

SML 的数据类型有 int, bool, real, string 等具体的，函数接受的数据类型除了这些之外，也可以是多态的。

fun length xs =
	if null xs
	then 0
	else 1 + length(tl xs)

在这个例子里， xs 是一个 list，可以是一个 int list, string list 或者 bool list 等，所以 SML 表示 xs 的类型是 'a list 'a 表示数据类型的多态，也是能够通过 Type Inference 推导出来的。

数据不可变（Immutable Data）

在 SML 里，没有赋值的概念，而是由一系列的 **绑定（bindings）**组成的。比如说

(* 这里不是赋值，而是建立了一个新的 x 的 binding，
   在当前的环境下，x 是不能更改的，永远是等于 1 的 *)
val x = 1

(* 这里并不是对 x 的值进行修改，而是新建了一个 x 的 binding，
	 前面的 x 被这个 shadow 了，所以当前的环境下，x 永远是 3 *)
val x = 3

数据不可变是函数式编程最主要的特性之一，优点在于去除了不同代码之间的依赖性，不需要像 Java 这类语言一样去考虑List 传址，一个地方代码对值的更改，不会导致另外一个部分的代码出错。

fun append (xs : int list, ys : int list) =
    if null xs
    then ys
    else (hd xs) :: append(tl xs, ys)

val xs = [1, 2]
val ys = [3, 4]
val z = append(xs, ys)