当Generic.List <T> .Add是函数中的最后一个语句并且尾调优化打开时,性能会受到影响

Question

我遇到了一个奇怪的性能损失,我已经归结为这段代码:

[<Struct>]
type Vector3(x: float32, y: float32, z: float32) =
  member this.X = x
  member this.Y = y
  member this.Z = z

type Data(n: int) =   
  let positions = System.Collections.Generic.List<Vector3>()
  let add j = positions.Add (Vector3(j, j, j))
  let add1 j = positions.Add (Vector3(j, j, j)); ()
  member this.UseAdd () = for i = 1 to n do add (float32 i)
  member this.UseAdd1 () = for i = 1 to n do add1 (float32 i)

let timeIt name (f: unit -> unit) = 
  let timer = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew()
  f ()
  printfn "%s: %ims" name (int timer.ElapsedMilliseconds)

let test () =
  for i = 1 to 3 do timeIt "ADD" (fun () -> Data(1000000).UseAdd())
  for i = 1 to 3 do timeIt "ADD1" (fun () -> Data(1000000).UseAdd1())

[<EntryPoint>]
let main argv = 
  test ()
  0

add和之间的差异add1是最后的额外().

当我在.NET 4.5.1上使用F#3.1将其构建为x64 Release版本时,我得到以下输出:

ADD: 461ms
ADD: 457ms
ADD: 450ms
ADD1: 25ms
ADD1: 26ms
ADD1: 16ms

由于类型List<T>.Add就是T -> unit我期望add和add1应该表现相同.

使用ILdasm我发现add编译成(仅包括相关部分)

IL_000a:  newobj     instance void Program/Vector3::.ctor(float32,
                                                          float32,
                                                          float32)
IL_000f:  tail.
IL_0011:  callvirt   instance void class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<valuetype Program/Vector3>::Add(!0)

而add1进入

IL_000a:  newobj     instance void Program/Vector3::.ctor(float32,
                                                          float32,
                                                          float32)
IL_000f:  callvirt   instance void class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<valuetype Program/Vector3>::Add(!0)

即没有"尾调".所以,当我关掉尾调用优化的,既add与add1以相同的速度运行.

为什么tail.指令导致函数调用慢得多？此外,这是一个错误还是一个功能？

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编辑:这是原始代码,我注意到了这种行为.当最后的true值被删除时,它表现出与上面的代码相同的性能下降.

let makeAtom (ctx: CleanCifContext) (element: CleanCifAtomSiteElement) = 
  let residue = getResidue ctx element

  let position =
    Vector3(float32 (element.PositionX.ValueOrFail()), float32 (element.PositionY.ValueOrFail()), float32 (element.PositionZ.ValueOrFail()))
  let atom = 
    CifAtom(id = ctx.Atoms.Count, element = element.ElementSymbol.ValueOrFail(),
            residue = residue, serialNumber = element.Id.ValueOrFail(), 
            name = element.Name.ValueOrFail(), authName = element.AuthName.Value(), altLoc = element.AltLoc.Value(),
            occupancy = float32 (element.Occupancy.ValueOrFail()), tempFactor = float32 (element.TempFactor.ValueOrFail()))

  ctx.Atoms.Add atom
  ctx.Positions.Add position
  true

Answer 1

我想我已经弄清楚问题出在哪里，以及为什么这是我对问题的误解，而不是 F# 编译器或 .NET 中的错误。

代码

let add j = positions.Add (Vector3(j, j, j))

大致意思是“List<T>.Add从值的尾部调用位置调用Vector3(j, j, j)”，而

let add1 j = positions.Add (Vector3(j, j, j)); ()

意思是“调用List<T>.Add该值Vector3(j, j, j)然后返回unit”。

List<T>.Add在类型方面，返回没有区别，unit所以我错误地假设positions.Add会被调用，然后add返回的值unit是 的返回值List<T>.Add。但是，正如http://blogs.msdn.com/b/clrcode Generation/archive/2009/05/11/tail-call-improvements-in-net-framework-4.aspx 中所述，JIT 需要执行一些“当尾调用函数的参数不平凡时，“堆栈魔术”。这就是性能差距的来源。差异非常微妙，但确实存在。