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如果我有以下函数，它被认为是纯粹的，因为它没有副作用，并且在给定相同输入x的情况下总是会产生相同的结果。

public static int AddOne(int x) { return x + 1; }

据我了解，如果运行时了解功能纯度，它可以优化执行，从而不必重新计算返回值。

有没有办法在 C# 中实现这种运行时优化？而且我认为这种优化有一个名称。它叫什么？

编辑：显然，我的示例函数不会从这种优化中获得很多好处。给出这个例子是为了表达我心中的纯洁类型，而不是现实世界的例子。

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8 回答 8

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正如其他人所指出的，如果您想节省重新计算已计算结果的成本，那么您可以记忆该函数。这以增加的内存使用量换取了速度的提高——如果您怀疑如果缓存无限制地增长，您可能会耗尽内存，请记得偶尔清除缓存。

然而，除了记忆它们的结果之外，还可以对纯函数执行其他优化。例如，没有副作用的纯函数通常可以安全地调用其他线程。使用大量纯函数的算法通常可以并行化以利用多个内核。

随着大规模多核机器变得越来越便宜和越来越普遍，这一领域将变得越来越重要。我们对 C# 语言有一个长期的研究目标，以找出某种方法来利用语言、编译器和运行时中的纯函数（以及不纯但“孤立”的函数）的强大功能。但这样做涉及许多难题，工业界或学术界对最佳方法几乎没有共识。高层人士正在考虑它，但不要指望很快就会有任何重大成果。

于 2009-09-01T15:24:10.003 回答
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如果计算成本很高，您可以将结果缓存在字典中吗？

    static Dictionary<int, int> cache = new Dictionary<int, int>();
    public static int AddOne(int x)
    {
        int result;
        if(!cache.TryGetValue(x, out result))
        {
            result = x + 1;
            cache[x] = result;
        }
        return result;
    }

当然，在这种情况下，字典查找比添加更昂贵:)

Wes Dyer 在这里解释了另一种更酷的功能记忆方法：http: //blogs.msdn.com/wesdyer/archive/2007/01/26/function-memoization.aspx - 如果你做了很多这种缓存，那么他的 Memoize 功能可能会为您节省大量代码......

于 2009-09-01T15:15:26.387 回答
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我认为您正在寻找功能性记忆

于 2009-09-01T15:15:44.480 回答
2

您所追求的技术是memoization：缓存执行结果，将传入函数的参数键入到数组或字典中。运行时并不倾向于自动应用它，尽管在某些情况下它们会这样做。C# 和 .NET 都不会自动应用 memoization。您可以自己实现 memoization - 这很容易 - 但这样做通常仅对较慢的纯函数有用，在这些函数中您倾向于重复计算并且您有足够的内存。

于 2009-09-01T15:16:37.367 回答
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这可能会被编译器内联（又名内联扩展）......

只需确保使用“优化代码”标志集编译代码（在 VS 中：项目属性/构建选项卡/优化代码）

您可以做的另一件事是缓存结果（又名memoization）。但是，由于您的查找逻辑，初始性能会受到巨大影响，因此这仅对慢速函数有意义（即不是 int 加法）。

还有内存影响，但这可以通过巧妙地使用弱引用来管理。

据我了解，如果运行时了解功能纯度，它可以优化执行，从而不必重新计算返回值。

在您的示例中，除非 x 在编译时已知，否则运行时将必须计算结果。在这种情况下，您的代码将通过使用常量折叠进一步优化

于 2009-09-01T15:12:47.497 回答
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编译器可以通过内联（在调用点用该函数的主体替换函数调用）和常量传播（用该表达式的结果替换没有自由变量的表达式）的组合来优化此函数。例如，在这段代码中：

AddOne(5);

AddOne 可以内联：

5 + 1;

常量传播可以简化表达式：

6;

（死代码消除可以进一步简化这个表达式，但这只是一个例子）。

知道AddOne()没有副作用也可能使编译器能够执行公共子表达式消除，以便：

AddOne(3) + AddOne(3)

可以转化为：

int x = AddOne(3);
x + x;

或通过强度降低，甚至：

2*AddOne(3);

无法命令 c# JIT 编译器执行这些优化；它自行决定优化。但它非常聪明，您应该可以放心地依靠它来执行这些类型的转换，而无需您的干预。

于 2009-09-01T15:16:35.853 回答
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编译器怎么能做到这一点？它如何知道在运行时将传入 x 的哪些值？

和回复：其他提到内联的答案......我的理解是，内联（作为一种优化）对于只使用一次（或只使用几次......）的小函数是有保证的，而不是因为它们没有副作用。 ..

于 2009-09-01T15:16:48.100 回答
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另一种选择是使用 fody 插件https://github.com/Dresel/MethodCache 您可以装饰应该缓存的方法。使用它时，您当然应该考虑其他答案中提到的所有评论。

于 2015-02-03T07:37:28.003 回答