カテゴリー: OCaml

本文中の関数 whle を参考にして，for式相当の機能を実現する再帰関数を定義しなさい。

こんなんでいいのかな。

# let rec fr frm t body =
if frm <= t then
begin body frm; fr (frm + 1) t body end
;;
val fr : int -> int -> (int -> 'a) -> unit = <fun>

# fr 1 5 (fun x -> print_endline ( string_of_int x));;
1
2
3
4
5
- : unit = ()

参照と繰り返しの構文（while，for）を使ってフィボナッチ数を求める関数を定義しなさい。

# let fib n =
let fibs = ref (1, 1) in
let i = ref 1 in
while !i < n do
fibs := (snd !fibs, fst !fibs + snd !fibs);
i := !i + 1
done;
snd !fibs
;;
val fib : int -> int = <fun>

初項を第0項とした。

# fib 0;;
- : int = 1
# fib 1;;
- : int = 1
# fib 2;;
- : int = 2
# fib 3;;
- : int = 3
# fib 4;;
- : int = 5
# fib 5;;
- : int = 8
# fib 6;;
- : int = 13

与えられた参照の指す先の整数を1増やす関数 incr を定義しなさい。

# let incr x = x := !x + 1;;
val incr : int ref -> unit = <fun>

# let x = ref 3;;
val x : int ref = {contents = 3}
# incr x;;
- : unit = ()
# !x;;
- : int = 4

本文中でもふれたように，ref型は以下のように定義された，1フィールドの書き換え可能な レコードです。

type 'a ref = { mutable contents : 'a };; 

関数 ref，前置演算子 !，中置演算子 := の定義をレコードに関連した操作で書きなさい。

こうかな。

let ref x = { contents = x };;

let (!) x = x.contents;;

let (:=) x v = x.contents <- v;;

open_out を使ってファイルを開くと，そのファイルがすでに存在した場合，中身を消去してしまう。既存のファイルに追加するには，open_out_gen を使ってチャネルを作る*1。

# let outfile = open_out_gen [Open_wronly; Open_append; Open_text] 0o666 "C:/home/takatoh/foo.txt";;
val outfile : out_channel = <abstr>

第1引数は open_flag といって，ファイルを開くときのオプション。上で設定してるのはライトオンリー，追加，テキストファイル，というところだろう。第2引数はファイルのパーミッション，第3引数はファイル名。で，かえってくるのは open_out と同じ出力用のチャネル（out_channel）。

# output_string outfile "foo\n";;
- : unit = ()
# output_string outfile "bar\n";;
- : unit = ()
# close_out outfile;;
- : unit = ()
# open_out_gen;;
- : open_flag list -> int -> string -> out_channel = <fun>

foo.txt はこうなる。

^o^ >type foo.txt
Hello, world.
foo
bar

ちゃんと追加になっている。

open_flag はヴァリアントで，The Objective Caml system release 3.10の19.2 Module Pervasives: the initially opened module の General output functionsの項によると：

type open_flag =
| 	Open_rdonly 	(*	open for reading.	*)
| 	Open_wronly 	(*	open for writing.	*)
| 	Open_append 	(*	open for appending: always write at end of file.	 *)
| 	Open_creat 	(*	create the file if it does not exist.	*)
| 	Open_trunc 	(*	empty the file if it already exists.	*)
| 	Open_excl 	(*	fail if Open_creat and the file already exists.	*)
| 	Open_binary 	(*	open in binary mode (no conversion).	*)
| 	Open_text 	(*	open in text mode (may perform conversions).	*)
| 	Open_nonblock 	(*	open in non-blocking mode.	*)

チャネルっていうのは，ファイルディスクリプタみたいなものだと思っておけば良さそう。

入力用には open_in と close_in を使う。

こういうファイル members.txt があったとして:

^o^ >type members.txt
andy
bill
charlie

ファイルから入力する例。

# let infile = open_in "C:/home/takatoh/members.txt";;
val infile : in_channel = <abstr>
# input_line infile;;
- : string = "andy"
# input_line infile;;
- : string = "bill"
# input_char infile;;
- : char = 'c'
# input_byte infile;;
- : int = 104

ファイルの最後に到達すると End_of_file 例外が発生する。

# input_line infile;;
- : string = "arlie"
# input_line infile;;
Exception: End_of_file.
# close_in infile;;
- : unit = ()

一方，ファイルに出力するには open_out と close_out。

# let outfile = open_out "C:/home/takatoh/foo.txt";;
val outfile : out_channel = <abstr>
# output_string outfile "Hello, world.";;
- : unit = ()
# output_char outfile '\n';;
- : unit = ()
# close_out outfile;;
- : unit = ()

できたファイル：

^o^ >type foo.txt
Hello, world.

まとめ

	入力	出力
オープン	open_in	open_out
クローズ	close_in	close_out
１行ずつ	input_line	output_string
１文字ずつ	input_char	output_char
１バイトずつ	input_byte	output_byte

繰り返しの構造を関数（再帰関数）にすることもできる。

# let rec whle condition body =
if condition () then
begin body (); whle condition body end
;;
val whle : (unit -> bool) -> (unit -> 'a) -> unit = <fun>

condition () が真であるあいだ body を繰り返す。条件 condition () が単なる真偽値の式ではなくて unit -> bool 型の関数なところがミソ。たとえばファイルからの入力など。

もう一つ，リストの各要素に対して繰り返す関数。

# let rec iter f = function
[] -> ()
| a :: rest -> begin f a; iter f rest end
;;
val iter : ('a -> 'b) -> 'a list -> unit = <fun>

リストの各要素を出力するときとかに使える。

入出力など，副作用のある計算をするときには式を評価する順番が重要になる。OCaml にもそのための制御構造（control structure）がある。

逐次実行

1つの方法は let ～ in を使うこと。let 以下が評価された後に in 以下が評価される。

# let () = print_string "Hello, " in
print_string "world.\n";;
Hello, world.
- : unit = ()

複数の式を ; で区切って書くと左から実行する。全体の値はいちばん右の式の値。途中の式の値は捨てられる。

# print_string "Hello, "; print_string "world.\n";;
Hello, world.
- : unit = ()

条件分岐

if をつかう。then 節が unit型の式であるときに限って，else 以下を省略できる。

# if true then print_string "Hello, world.\n";;
Hello, world.
- : unit = ()

これは，条件が偽なら何もしない，ということ。

# if false then print_string "Hello, world.\n";;
- : unit = ()

begin ～ end

; と if では if のほうが結合強度が強く，then節や else節の途中で ; が出てくるとそこでif式全体が終わりだと判断される。

# let f b = if b then print_string "Hello, "; print_string "world.\n";;
val f : bool -> unit = <fun>

この関数は引数（＝ifの条件）が偽なら “world.\n” だけが出力される（引数に関係ないから）。

# f true;;
Hello, world.
- : unit = ()
# f false;;
world.
- : unit = ()

もし，真の時に “Hello, world\n” を出力し，偽の時には何もしたくないなら括弧で囲む。

# let f2 b = if b then (print_string "Hello, "; print_string "world.\n");;
val f2 : bool -> unit = <fun>
# f2 true;;
Hello, world.
- : unit = ()
# f2 false;;
- : unit = ()

または括弧の代わりにbegin ～ endをつかう。こっちのほうが「よいスタイル」だと推奨されているらしい。

# let f3 b = if b then begin print_string "Hello, "; print_string "world.\n" end;;
val f3 : bool -> unit = <fun>
# f3 true;;
Hello, world.
- : unit = ()
# f3 false;;
- : unit = ()

繰り返し

while は

while [式1] do [式2] done

という形をしていて，式1が真であるあいだ式2を繰り返す。while を使った fact の例:

# let fact n =
let i = ref 1 and res = ref 1 in
while (!i <= n) do
res := !res * !i; i := !i + 1
done;
!res
;;
val fact : int -> int = <fun>
# fact 5;;
- : int = 120

for は

for [変数] = [式1] to [式2] do [式3] done

または

for [変数] = [式1] downto [式2] do [式3] done

という形をしていて，[変数]を整数[式1]から[式2]まで順に束縛しながら[式3]を評価する。for を使って fact を定義してみよう。

# let fact2 n =
let res = ref 1 in
for i = 1 to n do
res := !res * i
done;
!res
;;
val fact2 : int -> int = <fun>
# fact2 5;;
- : int = 120

let で名前の付けられる式が値でない場合，多相性に制約がつくことがある。値でないとはたとえば参照などだ。

# let x = ref [];;
val x : '_a list ref = {contents = []}

x は参照で，中身は空のリストだ。空だから何のリストでもいい（多相）はずで，型も ‘_a となっている。ここで1をコンスしてみる。

# 1 :: !x;;
- : int list = [1]

当然うまくいく。x 自身を書き換えたわけではないので，まだ中身はカラリストのままだ。じゃ，今度は ‘a’ をコンスしてみると：

# 'a' :: !x;;
Characters 7-9:
'a' :: !x;;
^^
This expression has type int list but is here used with type char list

エラーになった。int のリストじゃないといけないといってる。あわてて x の型を確認してみると：

# x;;
- : int list ref = {contents = []}

int list への参照に変わってしまっている。

どういう訳なのか理解できないのだけど，はじめ多相的だったものが，いったん int list として評価されたことで型が確定してしまった，ということだろうか。少なくとも現象としてはそういうことらしい。

ちなみに，参照ではなくただの空リストなら問題ない。

# let y = [];;
val y : 'a list = []
# 1 :: y;;
- : int list = [1]
# 'a' :: y;;
- : char list = ['a']

配列はリストと似ているけど

• 長さが生成時に固定される
• 各要素に直接アクセスできる
• 書き換え可能

という点で違う。各要素は同じ型でないといけないのはリストと同じ。

生成：

# let ary = [| 1; 2; 3; 4; 5 |];;
val ary : int array = [|1; 2; 3; 4; 5|]
# ary;;
- : int array = [|1; 2; 3; 4; 5|]

要素の参照：

# ary.(3);;
- : int = 4

リストと違って先頭からたどる必要がない。

書き換え：

# ary.(3) <- 333;;
- : unit = ()
# ary;;
- : int array = [|1; 2; 3; 333; 5|]