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makoto-developer / learning-ocaml

learning OCaml-language.

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ocaml

Learning Ocaml

References

Ocamlとは

公式サイト

開発元

  • NRIA（フランス国立情報学自動制御研究所）
  • 過去40 年間以上に渡ってに開発

特徴

信頼性

  • プログラムの安全性と信頼性を念頭に置いて設計された汎用プログラミング言語

純粋関数

  • 破壊的な操作が一切ないコードは一般的に読み解くのが簡単
  • コード内でのやり取りや依存関係を明確で管理が楽
  • Ocamlはバランスを保っている

強い静的型付け

  • Haskellと同等もしくはHaskell以上に
  • C, C++, Javaと比較して速く、エラーを起こしにくい
  • テストではかなり見つけにくいようなバグを事前に発見できる

命令型, オブジェクト指向を備えている

  • 関数型だけでなく、命令型、およびオブジェクト指向のプログラミング スタイルをサポート

関数型

  • 代数データ型とパターンマッチング
    • 複雑なデータ構造を定義および操作可能にする
  • 素早くプロトタイプを作るような仕事にとても適している
    • 短いコードは読みやすく、書きやすく、維持管理しやすい、をOcamlは徹底している
    • 小さくて、簡潔で、理解しやすいシステムを作ることに向く。可読性を重要視するならOcamlが向いている。

パフォーマンス

  • パフォーマンスはJavaと同等あるいはそれよりも上
    • インクリメンタルGCがある
    • 自動メモリ管理のための世代別ガベージコレクションを備えている
  • コンパイラは複雑な最適化を必要としない
    • JITコンパイルの複雑さを必要とせずに、容易にパフォーマンスの高いコードを生成する
    • また、ランタイムはシンプルで高い移植性を備えている

専門的には

  • オブジェクト
  • 型推論
  • 代数的データ型
  • モジュールシステム
  • 多相バリアント
  • 第一級モジュール
  • GADT

いわゆるλ計算を取り入れています。

Version

v5系は実験的機能で多数の機能変更を含んでいる。潜在的なバグを含んでいる可能性がある。

実際利用する場合はv4.14系のバージョンを使うことをおすすめする。

  • 最新 -> 5.1.1
  • LTS -> 4.14.0

リリーされているバージョンの一覧

https://ocaml.org/releases

インストール方法

$ asdf plugin add ocaml
$ asdf install

基本文法

対話形式で実行

$ ocaml

コンパイルしないで実行

$ ocaml src/hello.ml

コンパイルして実行

$ ocamlc hello.ml -o hello

$ ./hello

クイックソートを実行

# let rec quicksort = function
   | [] -> []
   | pivot :: rest ->
       let is_less x = x < pivot in
       let left, right = List.partition is_less rest in
       quicksort left @ [pivot] @ quicksort right;;
val quicksort : 'a list -> 'a list = <fun>

# quicksort [1;4;5;3;];;
- : int list = [1; 3; 4; 5]

コメント1

(*
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*)

コメント2

(**
    Ocamldoc
*)

足し算

# 1+3;;
- : int = 4

変数

# let x = 11;;
val x : int = 11

関数

# let double x = x * 2;;
val double : int -> int = <fun>
# double 10;;
- : int = 20

文字列

# let name = "makoto-developer";;
val name : st"ing = "makoto-developer"

関数その2

^演算子で文字列を結合できる

# let greeting = fun name -> "Hi " ^ name ^ "!";;
val greeting : string -> string = <fun>
# greeting "makoto-developer";;
- : string = "Hi makoto-developer!"

データ型

type name example note
int 整数 1;; 32bit/64bitで最大値が変わる。max_int、min_intで確認できる
float 実数 3.1415;; max_float、min_floatで確認できる
char 1文字 'a';; 半角英数字(ASCIIコード)
string 文字列 "abcde";;
bool bool型 let is_check = true
uint ???(型名が不明) ();; voidと同じ意味
tuple タプル型 ("ok", 200)
list リスト [1; 2; 3;] リストは同じ型じゃないとダメ
array 配列 [|1; 2.5; "foo";|] 配列は全ての型が一致しなくていい

演算子

operator sample note
+ - * / 1+2;; 整数の場合
+. -. *. /. 1.1 +. 2.2;; 実数の場合
<(=<) >(=>) = <> && || not not (5 >= 10) 比較
= 値の比較
== ポインターの比較

関数その3

関数式の書き方 (関数名は小文字の英字から開始する必要がある)

(*
  let 関数名 引数 = 式
*)

# let addSum v1 v2 = v1 + v2;;
val addSum : int -> int -> int = <fun>
# addSum 10 19;;
- : int = 29
#

グローバル変数

  • グローバル変数は関数の外で定義された変数
  • 寿命としては宣言された位置からそのソースの終端まで
  • 対話式コンパイラで#の次の位置から宣言した変数はグローバル変数となる
(*
    let 変数名 = 値
*)

let pi = 3.14;;

ローカル変数

  • ローカル変数は関数内で宣言された変数
  • 寿命は宣言した位置からその関数の終端まで
  • 書式は宣言の後ろにinを記述
  • 数を宣言したい場合は式の後ろに更にinを追加
(*
    let 変数名 引数 = 値 in 式
*)

# let circleLength radian =
    let pi = 3.14 in
    let diameter = 2.0 *. pi in
    diameter *. radian;;
val circleLength : float -> float = <fun>
# circleLength 10.0;;
- : float = 62.8000000000000043

型を定義する

  • 型名は小文字から始まる必要がある
type t = float * float

variant型

  • タグをつける事ができる
  • タグの名前は大文字で始める
  • 名前をつけてあらかじめ宣言をして必要がある
  • タグ毎に|で区切る
# type day = Mon | Tue | Wed | Thu | Fri | Sat | Sun;;
type day = Mon | Tue | Wed | Thu | Fri | Sat | Sun

# type angle = Degrees of float | Radian of float;;
type angle = Degrees of float | Radian of float

# (** variantを使って再帰を書く*);;
# (** 'a は型変数と呼ばれる *);;
# type 'a bintree = Leaf of 'a | Node of 'a bintree * 'a bintree;;
type 'a bintree = Leaf of 'a | Node of 'a bintree * 'a bintree
# Leaf 3;;
- : int bintree = Leaf 3
# Node ((Leaf "abc"), (Node ((Leaf "def"), (Leaf "ghi"))));;
- : string bintree = Node (Leaf "abc", Node (Leaf "def", Leaf "ghi"))
#

record型

  • いわゆるStruct
  • type 型名 = {フィールド名1:型1; フィールド名2:型2; ...}で宣言
#  type point = { x:float; y:float; color:int };;
type point = { x : float; y : float; color : int; }
# let p = {x=3.5; y=2.8; color=3};;
val p : point = {x = 3.5; y = 2.8; color = 3}
# p.x *. p.y;;
- : float = 9.79999999999999893#

組み込み関数

# (** インクリメント *)
# succ;;
- : int -> int = <fun>
# succ 3;;
- : int = 4

引数1個を持つ関数

# let plusFive = function x -> x + 5;;
val plusFive : int -> int = <fun>
# plusFive 11;;
- : int = 16


# (** 省略形 *)
# let plusFile x = x + 5;;
val plusFile : int -> int = <fun>

2つ以上の引数を持つ関数

# let add = function x -> function y -> x + y;;
# let add = fun x y -> x + y;;
# let add x y = x + y;;

例外型

  • これは一応型ということになっているらしい
  • exceptionキーワードを使う
# exception Wow of string;;
# let say command =
    if command = "opps" then
      raise (Wow "Be careful!!")
    else
      print_string command;;
# say "opps";;
Exception: Wow "Be careful!!".
# say "hello";;
hello- : unit = ()
#

ref 型

  • ポインタを取得できる(変数の参照)
  • 破壊的、らしい(よくわからん)
# let a = ref 0;;
val a : int ref = {contents = 0}
# a := 13;;
- : unit = ()
# !a;;
- : int = 13

リストの結合

::キーワードを使う

# let list = [1; 2; 3; 4;];;
val list : int list = [1; 2; 3; 4]
# let list = 10 :: list;;
val list : int list = [10; 1; 2; 3; 4]

if式

let max a b = if a > b then a else b;;

多相型と型推論

OCamlの式は型推論が行われる

↓こういった関数を定義した時に引数のnameがstring型、レスポンスがstring、といった具合に勝手に型を推測してくれる。これを型推論という。この型推論で2つ以上の型が候補として上がる時、'aとか'bとかで型を示してくれる。

let your_name name = "my name is" ^ name;;
val your_name : string -> string = <fun>
'a 'b (**  *)

ループは再帰で実装

let recキーワードで関数を定義する

(** 最大公約数を割り出す *)
let rec gcd (a, b) =
  if b = 0 then a else gcd (b, a mod b)

標準入力を使う

(** 数値*)
read_int() ;;

(** 文字列*)
read_line() ;;

数値 -> 文字列 (format_int) 実数 -> 文字列 (format_float)

実装を練習

1からNまでの連番のリストを作成

# let rec range a b =
  	if a > b then []
  	else a :: range (a + 1) b;;
val range : int -> int -> int list = <fun>
# range 1 5;;
- : int list = [1; 2; 3; 4; 5]
# range 4 8;;
- : int list = [4; 5; 6; 7; 8]


Web API Serverを作る


ライブラリがあるはず。一説によればOCaml界隈ではdreamがシンプルなインターフェースでよく採用されているらしい。



まずはopamをインストール


asdf plugin add opam
asdf install opam 2.1.5


チュートリアルを見ながら実装する


https://github.com/aantron/dream/tree/master/example/1-hello#files


Jupyter Notebook


<< 編集途中 >>


poetry run jupyter kernelspec install --name "ocaml-jupyter-$(opam var switch)" "$(opam var share)/jupyter"
poetry install
history
ll
poetry run jupyter lab
poetry add jupyterlab
poetry init

asdf local poetry 1.7.1
poetry --version
asdf install poetry latest

asdf plugin-add poetry
asdf local python 3.12.1
asdf list
asdf install python latest
asdf list all python
asdf plugin-add python
idea .
cd learning_standard_ml/


OCamlに内蔵されている標準モジュールの一覧


https://ocaml.jp/archive/ocaml-manual-3.06-ja/manual034.html


References



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Languages
Language:Jupyter Notebook 97.4%Language:Makefile 1.4%Language:OCaml 1.2%