F# 列表是不是持久？

Posted 2023-04-01

【中文标题】F# 列表是不是持久？

【英文标题】：Are F# lists persistent?F# 列表是否持久？

【发布时间】：2011-08-09 21:29:44

【问题描述】：

我是 F# 的新 C# 开发人员，我知道在 .net 中字符串是不可变的。换句话说，每次你修改一个字符串，你都会得到一个新的字符串实例。

对于像我这样的非功能性思维，第一个问题是效率，我知道 C# 可变对象不是持久的。因为字符串操作在大多数应用程序中通常是微不足道的。

我的问题是，F# 列表也是这种情况吗？ F# 是否会在更改时克隆每个列表？例如，在过滤列表时，我是否会创建一个包含更少项目的新列表？

更新：我不是在比较 .net 字符串和列表。我将字符串命名为不可变对象的示例，并想知道 F# 是否为它的 List 提供任何特殊处理。

这就是我所说的“persistent”。

【问题讨论】：

.Net 字符串是不可变的，它与 C# 无关。 C#、VB.Net 和任何其他 .Net 语言都将具有不可变字符串，因为它是相同的代码库，并且最终是相同的 IL，而与语言无关。

抱歉，我编辑了标题，因为不可变数据结构是通常应用于函数式编程列表、地图等的术语，而持久对象有数据库意义上的第二个含义。

我同意，但这是数据结构实现术语中的标准术语。

虽然我完全理解您的好奇心。效率应该是您编写代码时最不担心的事情。您可以重新实现运行速度是原始速度两倍的东西，但它可以同时在 4 个处理器上运行。它现在的速度是原来的两倍。

我完全同意，但最好知道幕后发生的事情。

【参考方案1】：

我认为 Dustin Campbell's introduction 在解释列表不变性方面做得非常出色。

在函数世界中，列表是不可变的。这意味着节点共享是可能的，因为原始列表永远不会改变。因为第一个列表以空列表结尾，所以必须复制其节点以将其最后一个节点指向第二个列表。追加操作后，我们的列表如下所示：

在这一点上，你们当中越怀疑的人可能会说，“好吧， 这是一个非常有趣的理论，但你能证明它吗？”

没问题。

利用 F# 列表是递归的知识，我们可以检索 组合的后半部分（从 4 开始的内部列表） 尾巴，它的尾巴，它的尾巴。 List.tl 是 F# 的函数 用于提取列表的尾部。

> let lastHalf = List.tl (List.tl (List.tl combined));;

val lastHalf : int list

> lastHalf;;

val it : int list = [4; 5; 6]

最后，因为 F# 是 .NET Framework 的一等公民，我们 拥有对所有基类库的完全访问权限。所以，我们可以使用 Object.ReferenceEquals 方法来测试是否lastHalf 和 second 确实是同一个实例。

> System.Object.ReferenceEquals(lastHalf, second);;

val it : bool = true

你有它。信不信由你，附加两个不可变的 列表实际上比追加更快，内存效率更高 可变列表，因为需要复制的节点更少。

【讨论】：

很遗憾，您提供的链接已失效 :( 使用互联网存档更新建议：web.archive.org/web/20150710063910/http://diditwith.net/2008/03/…

【参考方案2】：

F# 列表是不可变的。没有用于“修改” F# 列表的 API，因此不涉及克隆。像List.filter 这样的操作确实会创建一个新列表（如果可能，它可能与原始列表共享一些结构）。

（我认为这就是任何语言中所有不可变对象的工作方式。）

参见例如

http://en.wikipedia.org/wiki/Persistent_data_structure

请提供精美的描述以及说明共享工作原理的图片。

【讨论】：

我对“可能分享”部分非常感兴趣。你能解释一下什么时候可以吗？

添加了一篇文章的链接，其中包含有用的漂亮图片。

在列表的情况下，因为它们只是链表，当你追加一个元素时，会创建一个新列表，但实际上只有 head 被设置为指向新值，而 tail 被设置指向现有列表。过滤器和地图等其他操作需要重新创建列表。

明确一点，@emaster 的意思是当你将 cons 和 element 放到列表的前面时，你可以与原始列表共享整个 'tail'。 （附加到列表末尾需要完整副本。）

【参考方案3】：

我认为 Dan 和 Brian 的参考资料应该直接回答您的问题。如果您想了解更多信息，还可以查看以下材料（本周刚刚在 MSDN 上发布），这些材料旨在向 .NET 开发人员解释 F# 和函数概念：

Tutorial: Working with Functional Lists 介绍了 F# 列表并展示了如何在 C# 中实现相同的概念，这是了解列表如何工作（以及哪些操作有效）的好方法。

Overview: Working with Immutable Data 提供了有关 F# 中不变性的更多背景信息 - 它不会直接回答您的问题，但也可能是一个有用的资源。

【参考方案4】：

F# 列表是链表。因此，当您创建一个新列表时，它只是将项目添加到现有列表并指向包含新项目的头部。原始列表仍然指向在创建该列表时作为头部的项目。所以换句话说，它们都指向列表中不同位置的同一个列表。

【参考方案5】：

用函数式语言理解列表的最佳方法是理解Cons Cells