在 F# 中以代数类型编码的值需要多少额外的内存？

Question

我正在为一种小语言做一个解释器来做数组/关系编程，就像在 kdb+ 中一样。

我想知道当像这样在 AGDT 中编码一个值时 F# 会增加多少内存：

type value =
  | Dec of int
  | Num of int array
  | Float of float array
  | Array of value
  | Arr of value array

let print x =
    printfn "%A" x


let a = [|1; 2|]
let b = Num(a)
let c = [| Dec(1); Dec(2) |]
//print (sizeof Arr) Don't have a easy way to do this

我想知道在 F# 中 a,b,c 是否具有同等性能。这个想法是解释器需要主要处理数组。

因为看起来（根据我在 SO 中的搜索）.NET 没有直接的方法来检查值的内存大小，所以我在 swift 中做了类似的事情：

indirect enum ExprC {
    case IntC(x:Int32)
    case IntA(x:Array<Int32>)
    case ArrayC(x:Array<ExprC>)
}
let values:[Int32] = [1, 2]
let v1 = ExprC.ArrayC(x: [ExprC.IntC(x:1), ExprC.IntC(x: 2)])
let v2 = ExprC.IntA(x: values)

print(sizeofValue(values))
print(sizeofValue(v1))
print(sizeofValue(v2))

//RESULTS
//8
//8
//8

顺便说一句，这个结果出乎我的意料，我想象编码必须有额外的存储成本，所以我不确定这是否会在 F# 中发生。

Answer 1

F# 编译器将 ADT 转换为 .NET 密封类层次结构。你的例子将被翻译成这样的东西（松散地说）：

public class value {
  public class Dec : value { public int Item { get; } }
  public class Num : value { public int[] Item { get; } }
  public class Float : value { public double[] Item { get; } }
  public class Array : value { public value Item { get; } }
  public class Arr : value { public value[] Item { get; } }
}

除此之外，真的很难说，因为分配类的方式可能会因 VM 实现和底层机器架构而异。例如，在 x86/x64 上的 Windows 上的完整 .NET FW 上，对象将具有 32 位或 64 位对象标头以及对象的任何内容，可能是对齐的（请查看 this post 了解一些详细信息） .这意味着，例如，您的 Dec 案例将占用 8 或 12 个字节。

但是，其他 VM 实现可能会做不同的事情。 CoreCLR、Mono、MicroFW、.NET CF - 都可能对对象分配有自己的看法，.NET Native 编译器甚至可以完全优化整个事情。

这就是为什么 .NET 通常无法告诉您类的“大小”：通常，它不知道。想想看，谈论“大小”可能并不总是有意义的。 Swift 可以侥幸逃脱，因为它没有开放标准的虚拟机，所以它可以为所欲为。

如果您确实需要保证特定的内存布局，.NET 确实可以做到这一点（查找 StructLayoutAttribute），但它不适用于 ADT，这是可以理解的。

最后，我觉得你可能转移了注意力。为什么你想确切地知道这些事情？如果您真的关心内存占用，则根本不应该使用 F#（或 Swift），而应该使用 C（或者，如果您真的喜欢函数式编程，请查看 Rust）。否则，请记住“过早优化”。