运算和函数

如 量子比特数据类型的说明中详细说明的那样，量子计算以本机支持的对目标量子处理器的作的副作用的形式执行。 事实上，这些是 Q#中唯一的副作用。 由于所有类型的 不可变，因此没有影响 Q#中显式表示的值的副作用。 因此，只要特定可调用对象的实现不直接或间接调用这些本机实现的作，其执行始终会生成相同的输出（给定相同的输入）。

Q# 允许将此类纯确定性计算显式拆分为 函数。 由于本机支持的指令集不是固定的，并内置于语言本身中，而是完全可配置并表示为 Q# 库，因此需要函数只能调用其他函数且无法调用任何作来保证确定性。 此外，不确定性的本机指令（即它们影响量子状态）表示为作。 有了这两个限制，只要函数的输入值已知，就可以立即计算函数，原则上，永远不需要针对同一输入多次评估函数。

因此，Q# 区分两种类型的 可调用项：作和函数。 所有可调用方将单个参数（可能为元组值）作为输入，并生成单个值（元组）作为输出。 从语法上讲，作类型表示为 <TIn> => <TOut> is <Char>，其中 <TIn> 将由参数类型替换，<TOut> 将由返回类型替换，<Char> 将由 作特征替换。 如果需要指定任何特征，语法将简化为 <TIn> => <TOut>。 同样，函数类型表示为 <TIn> -> <TOut>。

除了这种确定性保证之外，作和函数之间几乎没有区别。 两者都是可以自由传递的一流值;它们可用作其他可调用项的返回值或参数，如以下示例所示：

function Pow<'T>(op : 'T => Unit, pow : Int) : 'T => Unit {
    return PowImpl(op, pow, _);
}

两者都可以基于类型参数化定义实例化，例如，类型参数化 函数 Pow 更早，并且可以 部分应用，如示例中的 return 语句中所示。

作特征

除了有关输入和输出类型的信息外，作类型还包含有关作特征的信息。 例如，此信息描述了作支持哪些 functor。 此外，内部表示形式还包含编译器推断的优化相关信息。

作的特征是一组预定义的内置标签。 它们以属于类型签名的特殊表达式的形式表示。 该表达式由一组预定义的标签组成，或通过支持的二进制运算符组合特征表达式的组合。

有两个预定义集，Adj 和 Ctl。

• Adj 是包含一个标签的集，指示作是相邻的，这意味着它支持 Adjoint 函数，应用的量子转换可以“撤消”，也就是说，它可以反转。
• Ctl 是包含单个标签的集，指示作是可控的，这意味着它支持 Controlled 函数，其执行可以取决于其他量子比特的状态。

作为特征表达式的一部分支持的两个运算符是集联合 + 和集交集 *。 在 EBNF 中（扩展后盾 –Naur 形式），

    predefined = "Adj" | "Ctl";
    characteristics = predefined 
        | "(", characteristics, ")" 
        | characteristics ("+"|"*") characteristics;

正如人们所期望的那样，* 的优先级高于 +，两者都是左关联。 例如，一元运算的类型表示为 <TIn> => <TOut> is Adj + Ctl，其中 <TIn> 应替换为作参数的类型，<TOut> 替换为返回值的类型。