CLR与OCaml异常开销

Question

阅读开头的F# -，我专注于以下段落：

来自OCaml背景的程序员在使用F#中的异常时应该小心。由于CLR的体系结构，抛出异常非常昂贵--比在OCaml中要昂贵得多。如果您抛出大量异常，请仔细分析代码，以确定性能成本是否值得。如果成本太高，请适当修改代码。

为什么，由于CLR，如果F#比在OCaml中抛出异常要花费更多？在这种情况下，正确修改代码的最佳方法是什么？

Answer 1

Reed已经解释了为什么.NET异常的行为与OCaml异常不同。通常，.NET异常只适用于特殊情况，并且是为此目的而设计的。OCaml具有更轻量级的模型，因此它们也用于实现一些控制流模式。

为了给出一个具体的例子，在OCaml中，您可以使用异常来实现中断循环。例如，假设您有一个函数test，它测试一个数字是否是我们想要的数字。下面对数字进行1到100的迭代，并返回第一个匹配数字：

// Simple exception used to return the result
exception Returned of int

try
  // Iterate over numbers and throw if we find matching number
  for n in 0 .. 100 do
    printfn "Testing: %d" n
    if test n then raise (Returned n)
  -1                 // Return -1 if not found
with Returned r -> r // Return the result here

要无例外地实现这一点，您有两个选项。您可以编写一个具有相同行为的递归函数--如果您调用find 0 (并且它被编译成与在C#中使用return n在for循环中使用基本相同的IL代码)：

let rec find n = 
  printfn "Testing: %d" n
  if n > 100 then -1  // Return -1 if not found
  elif test n then n  // Return the first found result 
  else find (n + 1)   // Continue iterating

使用递归函数的编码可能有点长，但也可以使用F#库提供的标准函数。这通常是重写使用OCaml异常进行控制流的代码的最佳方法。在这种情况下，您可以写：

// Find the first value matching the 'test' predicate
let res = seq { 0 .. 100 } |> Seq.tryFind test
// This returns an option type which is 'None' if the value 
// was not found and 'Some(x)' if the value was found.
// You can use pattern matching to return '-1' in the default case:
match res with
| None -> -1
| Some n -> n

如果您不熟悉选项类型，那么请看一些介绍性的材料。F# wikibook有一个很好的教程和MSDN文档有一些有用的示例也是。

使用来自Seq模块的适当函数通常会使代码更短，因此它更好。它可能比直接使用递归效率略低，但在大多数情况下，您不需要担心这个问题。

编辑：，我对实际的性能很好奇。如果输入是延迟生成的序列seq { 1 .. 100 }而不是列表[ 1 .. 100 ] (因为列表分配的成本)，那么使用seq { 1 .. 100 }的版本会更高效。对于这些更改，以及返回第25个元素的test函数，在我的计算机上运行100000次代码所需的时间是：

exceptions   2.400sec  
recursion    0.013sec  
Seq.tryFind  0.240sec

这是非常简单的示例，因此我认为使用Seq的解决方案一般不会比使用递归编写的等效代码慢10倍。减速可能是由于分配了额外的数据结构(表示序列的对象、闭包、.)另外，由于附加的间接(代码需要大量的虚拟方法调用，而不仅仅是普通的数字操作和跳转)。但是，异常的代价甚至更高，并且不会使代码变得更短或更易读。

Answer 2

CLR中的异常非常丰富，并提供了很多细节。Rico在例外情况的费用上发布了一篇(旧的，但仍然相关的)文章，其中详细介绍了其中的一些内容。

因此，在CLR中抛出异常的相对成本比其他一些环境(包括OCaml )要高。

在这种情况下，正确修改代码的最佳方法是什么？

如果您期望在正常的、非异常的情况下引发异常，则可以重新考虑算法和API，以完全避免异常。例如，尝试提供一个可供选择的API，可以在引发异常之前对环境进行测试。

Answer 3

为什么，由于CLR，如果F#比在OCaml中抛出异常要花费更多？

OCaml为使用异常作为控制流进行了很大的优化。相反，.NET中的异常根本没有经过优化。

请注意，性能差异是巨大的。OCaml中的异常比F#中的异常快约600×10。根据我的基准测试，即使C++在这方面也比OCaml慢6×10。

尽管据称.NET异常提供了更多的(OCaml提供堆栈跟踪，您还想要什么？)我想不出他们为什么要像现在这样慢慢来。

在这种情况下，正确修改代码的最佳方法是什么？

在F#中，您应该编写“完全”函数。这意味着您的函数应该返回一个联合类型的值，指示结果的类型，例如正常或异常。

特别是，对find的调用应该替换为对tryFind的调用，该调用返回option类型的值，如果集合中没有关键元素，则返回的值是Some值或None。