F#：为 seq{} 与其他计算工作流生成的 IL 代码答案

【问题标题】：F#: generated IL code for seq{} vs other computational workflowsF#：为 seq{} 与其他计算工作流生成的 IL 代码
【发布时间】：2013-09-22 20:20:22
【问题描述】：

当我比较 F# 为 seq{} 表达式生成的 IL 代码与用户定义的计算工作流的代码时，很明显 seq{} 的实现方式非常不同：它生成的状态机类似于曾经 C# 使用的状态机因为它的迭代器方法。另一方面，用户定义的工作流会按照您的预期使用相应的构建器对象。

所以我想知道 - 为什么会有差异？

这是出于历史原因吗，例如“seq 在工作流之前就存在”？
或者，是否可以获得显着的性能？
其他原因？

【问题讨论】：

标签： f# computation-expression

【解决方案1】：

这是由 F# 编译器执行的优化。据我所知，它实际上是后来实现的——F# 编译器首先有列表推导，然后是通用版本的计算表达式（也用于seq { ... }），但效率较低，因此在某些地方添加了优化更高版本。

主要原因是这消除了许多分配和间接。假设您有类似的东西：

seq { for i in input do
        yield i
        yield i * 10 }

当使用计算表达式时，它会被翻译成类似这样的东西：

seq.Delay(fun () -> seq.For(input, fun i -> 
  seq.Combine(seq.Yield(i), seq.Delay(fun () -> seq.Yield(i * 10)))))

有几个函数分配，For 循环总是需要调用 lambda 函数。优化把它变成了一个状态机（类似于 C# 状态机），所以对生成的枚举器的MoveNext() 操作只是改变了类的一些状态然后返回......

您可以通过为序列定义自定义计算构建器来轻松比较性能：

type MSeqBuilder() = 
  member x.For(en, f) = Seq.collect f en
  member x.Yield(v) = Seq.singleton v
  member x.Delay(f) = Seq.delay f
  member x.Combine(a, b) = Seq.concat [a; b]
let mseq = MSeqBuilder()
let input = [| 1 .. 100 |]

现在我们可以对此进行测试（在 F# 交互中使用 #time）：

for i in 0 .. 10000 do 
  mseq { for x in input do
           yield x
           yield x * 10 }
  |> Seq.length |> ignore

在我的计算机上，使用自定义 mseq 构建器时需要 2.644 秒，但使用内置优化 seq 表达式时只需 0.065 秒。因此优化使序列表达式的效率显着提高。

【讨论】：

可能值得注意的是，您可以inline您的自定义构建器方法进行一些优化。
@TomasPetricek：有没有办法重写 MSeqBuilder 使其生成更接近优化状态机版本的代码？
@user1411900 没有办法完全改变编译的工作方式（即使用状态机而不是函数组合）。但是，如果您要为async { .. } 之类的常见内容执行此操作，您可能可以向编译器提交拉取请求:-)
@user1411900 如果你愿意做很多工作，你可以引用整个表达式并编写自己的优化器。例如。 optimize <@ my { for x in ... do ... } @>
@t0yv0: inline 在这种情况下没有任何好处（不是原则上，而是通过测量）。 mseq 与 seq 的性能损失通过使用 64 位运行时减少了大约 1/3^rd。

【解决方案2】：

从历史上看，计算表达式（“工作流”）是序列表达式的概括：http://blogs.msdn.com/b/dsyme/archive/2007/09/22/some-details-on-f-computation-expressions-aka-monadic-or-workflow-syntax.aspx。

但是，答案肯定是可以获得显着的性能。我无法打开任何可靠的链接（尽管在http://blogs.msdn.com/b/dsyme/archive/2007/11/30/full-release-notes-for-f-1-9-3-7.aspx 中提到了“与序列表达式中的'when'过滤器相关的优化”），但我确实记得这是一个在某些时候出现的优化时间点。我想说它的好处是不言而喻的：序列表达式是一种“核心”语言特性，值得进行任何优化。

同样，您会看到某些尾递归函数将被优化为循环，而不是尾调用。

【讨论】：