模式匹配有多聪明？
[英]How smart is pattern match?
问题描述
我的程序大部分时间花在数组模式匹配上，我想知道我是否应该重写该函数并丢弃自动模式匹配。
例如一个非常简单的案例
let categorize array =
match array with
| [|(1|2);(1|2);(1|2)|] -> 3
| [|(1|2);(1|2);_|] -> 2
| [|(1|2);_;_|] -> 1
| _ -> 0
categorize [|2;1;3|]
在这种情况下，编译器是否应用最少量的比较，通过识别例如第一种情况与第二种情况相同，除了第三种情况。
实际上模式更复杂，预优化模式匹配可能比完全优化模式匹配花费更多时间。
4 个解决方案
解决方案1
6 2012-12-14 02:39:31
直接从反射器：
public static int categorize(int[] array)
{
if ((array > null) && (array.Length == 3))
{
switch (array[0])
{
case 1:
switch (array[1])
{
case 1:
switch (array[2])
{
case 1:
case 2:
goto Label_005C;
}
goto Label_005A;
case 2:
switch (array[2])
{
case 1:
case 2:
goto Label_005C;
}
goto Label_005A;
}
goto Label_0042;
case 2:
switch (array[1])
{
case 1:
switch (array[2])
{
case 1:
case 2:
goto Label_005C;
}
goto Label_005A;
case 2:
switch (array[2])
{
case 1:
case 2:
goto Label_005C;
}
goto Label_005A;
}
goto Label_0042;
}
}
return 0;
Label_0042:
return 1;
Label_005A:
return 2;
Label_005C:
return 3;
}
我没有看到任何效率低下的东西。
解决方案2
1 2012-12-15 19:11:36
你问题中真正缺少的是实际的主题领域。 换句话说，您的问题非常通用（通常，对SO而言是好的），而针对您的实际问题进行编码可能会以优雅的方式解决整个问题。
如果我按照目前的情况推断你的问题，你只需要第一个元素的索引，它既不是1也不是2 ，并且实现是微不足道的：
let categorize arr =
try
Array.findIndex (fun x -> not(x = 1 || x = 2)) arr
with
| :? System.Collections.Generic.KeyNotFoundException -> Array.length arr
// Usage
let x1 = categorize [|2;1;3|] // returns 2
let x2 = categorize [|4;2;1;3|] // returns 0
let x3 = categorize [|1;2;1|] // returns 3
作为一些免费的好处，您将获得与数组长度无关并且绝对可读的代码。
这是你需要的吗？
解决方案3
0 2012-12-15 13:22:02
你可以写：
let f (xs: _ []) =
if xs.Length=3 then
let p n = n=1 || n=2
if p xs.[0] then
if p xs.[1] then
if p xs.[2] then 3
else 2
else 1
else 0
解决方案4
0 已采纳 2013-01-03 12:59:58
测试1
F#
let test1 x =
match x with
| [| 1; 2; 3 |] -> A
| [| 1; 2; _ |] -> A
| [| 1; _; _ |] -> A
Decompiled C#
if (x != null && x.Length == 3)
{
switch (x[0])
{
case 1:
switch (x[1])
{
case 2:
switch (x[2])
{
case 3:
return Program.MyType.A;
default:
return Program.MyType.A;
}
break;
default:
return Program.MyType.A;
}
break;
}
}
throw new MatchFailureException(...);
Decompiled IL
Code size 107
结论
- 模式匹配不会根据 - >后的值进行优化。
- 模式匹配能够在结论1下找到阵列分解的优化方法。
- 不完整模式匹配总是抛出异常，因此添加通配符来捕获缺少的模式并显式抛出异常是没有害处的。
测试2
F#
let test2 x =
match x with
| [| 1; 2; 3 |] -> A
| [| _; 2; 3 |] -> B
| [| _; _; 3 |] -> C
Decompiled C#
if (x != null && x.Length == 3)
{
switch (x[0])
{
case 1:
switch (x[1])
{
case 2:
switch (x[2])
{
case 3:
return Program.MyType.A;
default:
goto IL_49;
}
break;
default:
switch (x[2])
{
case 3:
break;
default:
goto IL_49;
}
break;
}
break;
default:
switch (x[1])
{
case 2:
switch (x[2])
{
case 3:
return Program.MyType.B;
default:
goto IL_49;
}
break;
default:
switch (x[2])
{
case 3:
goto IL_58;
}
goto IL_49;
}
break;
}
IL_58:
return Program.MyType.C;
}
IL_49:
throw new MatchFailureException(...);
Decompiled IL
Code size 185
结论
- 模式匹配检查从数组开头到结尾的值。 因此无法找到优化的方法。
- 代码大小是最佳代码的2倍。
测试3
F#
let test3 x =
match x with
| [| 1; 2; 3 |] -> A
| [| 1; 2; a |] when a <> 3 -> B
| [| 1; 2; _ |] -> C
Decompiled C#
if (x != null && x.Length == 3)
{
switch (x[0])
{
case 1:
switch (x[1])
{
case 2:
switch (x[2])
{
case 3:
return Program.MyType.A;
default:
if (x[2] != 3)
{
int a = x[2];
return Program.MyType.B;
}
break;
}
break;
}
break;
}
}
if (x != null && x.Length == 3)
{
switch (x[0])
{
case 1:
switch (x[1])
{
case 2:
return Program.MyType.C;
}
break;
}
}
throw new MatchFailureException(...);
结论
- 编译器不够智能，无法通过Guard查看完整性/重复性。
- Guard使模式匹配产生奇怪的未优化代码。
测试4
F#
let (| Is3 | IsNot3 |) x =
if x = 3 then Is3 else IsNot3
let test4 x =
match x with
| [| 1; 2; 3 |] -> A
| [| 1; 2; Is3 |] -> B
| [| 1; 2; IsNot3 |] -> C
| [| 1; 2; _ |] -> D // This rule will never be matched.
Decompiled C#
if (x != null && x.Length == 3)
{
switch (x[0])
{
case 1:
switch (x[1])
{
case 2:
switch (x[2])
{
case 3:
return Program.MyType.A;
default:
{
FSharpChoice<Unit, Unit> fSharpChoice = Program.|Is3|IsNot3|(x[2]);
if (fSharpChoice is FSharpChoice<Unit, Unit>.Choice2Of2)
{
return Program.MyType.C;
}
return Program.MyType.B;
}
}
break;
}
break;
}
}
throw new MatchFailureException(...);
结论
- 多个案例Active Patterns编译为FSharpChoice。
- 编译器能够检查活动模式的完整性/重复性，但是它无法将它们与正常模式进行比较。
- 未编译未到达的模式。
测试5
F#
let (| Equal3 |) x =
if x = 3 then Equal3 1 else Equal3 0 // Equivalent to "then 1 else 0"
let test5 x =
match x with
| [| 1; 2; 3 |] -> A
| [| 1; 2; Equal3 0 |] -> B
| [| 1; 2; Equal3 1 |] -> C
| [| 1; 2; _ |] -> D
Decompiled C#
if (x != null && x.Length == 3)
{
switch (x[0])
{
case 1:
switch (x[1])
{
case 2:
switch (x[2])
{
case 3:
return Program.MyType.A;
default:
{
int num = x[2];
switch ((num != 3) ? 0 : 1)
{
case 0:
return Program.MyType.B;
case 1:
return Program.MyType.C;
default:
return Program.MyType.D;
}
break;
}
}
break;
}
break;
}
}
throw new MatchFailureException(...);
结论
- 单例活动模式编译为返回类型。
- 编译器有时会自动内联函数。
测试6
F#
let (| Partial3 | _ |) x =
if x = 3 then Some (Partial3 true) else None // Equivalent to "then Some true"
let test6 x =
match x with
| [| 1; 2; 3 |] -> A
| [| 1; 2; Partial3 true |] -> B
| [| 1; 2; Partial3 true |] -> C
Decompiled C#
if (x != null && x.Length == 3)
{
switch (x[0])
{
case 1:
switch (x[1])
{
case 2:
switch (x[2])
{
case 3:
return Program.MyType.A;
default:
{
FSharpOption<bool> fSharpOption = Program.|Partial3|_|(x[2]);
if (fSharpOption != null && fSharpOption.Value)
{
return Program.MyType.B;
}
break;
}
}
break;
}
break;
}
}
if (x != null && x.Length == 3)
{
switch (x[0])
{
case 1:
switch (x[1])
{
case 2:
{
FSharpOption<bool> fSharpOption = Program.|Partial3|_|(x[2]);
if (fSharpOption != null && fSharpOption.Value)
{
return Program.MyType.C;
}
break;
}
}
break;
}
}
throw new MatchFailureException(...);
结论
- 部分活动模式编译为FSharpOption。
- 编译器无法检查部分活动模式的完整性/重复性。
测试7
F#
type MyOne =
| AA
| BB of int
| CC
type MyAnother =
| AAA
| BBB of int
| CCC
| DDD
let test7a x =
match x with
| AA -> 2
let test7b x =
match x with
| AAA -> 2
Decompiled C#
public static int test7a(Program.MyOne x)
{
if (x is Program.MyOne._AA)
{
return 2;
}
throw new MatchFailureException(...);
}
public static int test7b(Program.MyAnother x)
{
if (x.Tag == 0)
{
return 2;
}
throw new MatchFailureException(...);
}
结论
- 如果联合中有超过3个案例，模式匹配将使用Tag属性而不是is。 （它也适用于多种情况的活动模式。）
- 模式匹配通常会导致多重性能大大降低性能。
如何在有歧视联盟案例的实际容器上进行模式匹配？
[英]How do I Pattern Match on the actual container of Discriminated Union cases?
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