为什么 F# 编译器不能完全内联高阶函数的函数参数？

Question

我喜欢 F# 的一个原因是真正的 inline 关键字。然而，虽然它允许编写执行与粘贴代码块相同的一阶函数，但对于高阶函数来说，情况并不那么乐观。考虑

let inline add i = i+1
let inline check i = if (add i) = 0 then printfn ""    
let inline iter runs f = for i = 0 to runs-1 do f i
let runs = 100000000
time(fun()->iter runs check) 1
time(fun()->for i = 0 to runs-1 do check i) 1

244 ms 的结果是 iter 和 61 ms 的手动检查。让我们深入研究 ILSpy。直接调用调用的相关函数是：

internal static void func@22-12(Microsoft.FSharp.Core.Unit unitVar0)
{
    for (int i = 0; i < 100000000; i++)
    {
        if (i + 1 == 0)
        {
            Microsoft.FSharp.Core.PrintfFormat<Microsoft.FSharp.Core.Unit, System.IO.TextWriter, Microsoft.FSharp.Core.Unit, Microsoft.FSharp.Core.Unit> format = new Microsoft.FSharp.Core.PrintfFormat<Microsoft.FSharp.Core.Unit, System.IO.TextWriter, Microsoft.FSharp.Core.Unit, Microsoft.FSharp.Core.Unit, Microsoft.FSharp.Core.Unit>("");
            Microsoft.FSharp.Core.PrintfModule.PrintFormatLineToTextWriter<Microsoft.FSharp.Core.Unit>(System.Console.Out, format);
        }
    }
}

内联add。 iter 的相关函数是

internal static void func@22-11(Microsoft.FSharp.Core.Unit unitVar0)
{
    for (int i = 0; i < 100000000; i++)
    {
        Tests.FunctionInlining.f@315-5(i);
    }
}
internal static void f@315-5(int i)
{
    if (i + 1 == 0)
    {
        Microsoft.FSharp.Core.PrintfFormat<Microsoft.FSharp.Core.Unit, System.IO.TextWriter, Microsoft.FSharp.Core.Unit, Microsoft.FSharp.Core.Unit> format = new Microsoft.FSharp.Core.PrintfFormat<Microsoft.FSharp.Core.Unit, System.IO.TextWriter, Microsoft.FSharp.Core.Unit, Microsoft.FSharp.Core.Unit, Microsoft.FSharp.Core.Unit>("");
        Microsoft.FSharp.Core.PrintfModule.PrintFormatLineToTextWriter<Microsoft.FSharp.Core.Unit>(System.Console.Out, format);
        return;
    }
}

我们可以看到性能损失来自一个额外的间接级别。正如性能测试所示，JIT 编译器也不会删除此间接。为什么不能完全内联高阶函数？这在编写计算内核时很痛苦。

我的时间组合器（虽然在这里并不真正相关）是

let inline time func n =
    func() |> ignore
    GC.Collect()
    GC.WaitForPendingFinalizers()
    let stopwatch = Stopwatch.StartNew()
    for i = 0 to n-1 do func() |> ignore
    stopwatch.Stop()
    printfn "Took %A ms" stopwatch.Elapsed.TotalMilliseconds

Answer 1

为了清楚起见，F# 编译器会内联您标记为 inline 的每个定义。只是当使用内联函数作为高阶参数时，内联的当前行为不是很有用。 check 只能在给定参数时内联，因此 iter runs check 被视为 iter runs (fun i -> check i)。然后check 被内联，相当于

iter runs (fun i -> if (add i) = 0 then printfn "")

（正如您在 IL 中看到的，在生成的 IL 中没有对 check 的调用，但对这个 lambda 的合成 f@315-5 主体进行了调用，这是等效的）。 iter 也被内联。

话虽如此，我同意当前的行为并不像它应该的那样有用 - 编译器还可以将 lambda 的主体内联到调用站点，这将是安全的并提高性能。