F#:生成用于 seq{} 与其他计算工作流的 IL 代码

Question

当我比较 F# 为seq{}表达式生成的IL代码与为用户定义的计算工作流生成的代码时，很明显seq{}的实现方式非常不同：它生成的状态机类似于 Once C# 用于其迭代器方法的状态机。 另一方面，用户定义的工作流会按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，例如"seq 在工作流之前就存在"吗？
或者，是否有显著的性能要获得？
还有其他原因吗？

Answer 1

这是 F# 编译器执行的优化。据我所知，它实际上是后来实现的 - F# 编译器首先具有列表推导式，然后是计算表达式的通用版本（也用于seq { ... }），但效率较低，因此在以后的版本中添加了优化。

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 }

使用计算表达式时，这将转换为以下内容：

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循环始终需要调用 lambda 函数。优化将其转换为状态机（类似于 C# 状态机），因此生成的枚举器上的MoveNext()操作只是改变类的某些状态，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 |]

现在我们可以测试这个（在 F# 交互式中使用 #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生成器时，这需要 2.644 秒，但在使用内置优化的seq表达式时，这只需要 0.065 秒。因此，优化使序列表达式的效率显著提高。

Answer 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。我无法找到任何可靠的链接（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个时间点进入的优化。我想说的好处是不言而喻的：序列表达式是一种"核心"语言功能，值得进行任何优化。

同样，您将看到某些尾部递归函数将优化为循环，而不是尾部调用。