F#中的通用函数

Question

我还在努力理解F#如何泛化函数和类型（或者不泛化），有一个问题一直困扰着我：

let min(a, b) = if a < b then a else b

let add(a, b) = a + b

let minInt = min(3, 4)
let minFloat = min(3.0, 4.0) // works!

let addInt = add(3, 5)
let addFloat = add(3.0, 5.0) // error: This expression was expected to have type
                             // int but here has type float

这里，min具有通用类型'a * 'a -> 'a (需要比较)，而add具有具体类型int * int -> int，显然是从程序中第一次使用中推导出来的。两者的声明和使用方式相同，那么为什么会存在归纳的差异呢？

我了解到，在add的情况下，可以通过声明函数为inline来避免问题，这会导致它获得一个通用类型定义，即'a * 'b -> 'c (需要成员(+))，但这并不能解释为什么这种情况需要而另一种情况不需要。

- Asik

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编译器已将“可比较”的概念抽象化，但它并没有将“可相加”的概念抽象化。 在这里，“<”是不同寻常的，而不是“+”。 - ildjarn

你为什么期望使用 + 和 < 生成相同的签名？ - Daniel

@Daniel 我并不期望它们有相同的签名（尽管在这种特定情况下这是有意义的，但这不是重点）；我期望它们要么都是泛型的，要么都不是。在这里，一个是具体的，另一个则没有明显的理由是泛型的。 - Asik

请参考以下链接了解背景信息：https://dev59.com/l2PVa4cB1Zd3GeqP9dMm#10588667 - yamen

Answer 1

这里有一篇关于此问题的优秀文章，作者是@TomasP，链接在此：http://tomasp.net/blog/fsharp-generic-numeric.aspx

当编写简单的泛型代码时，我们对类型参数'T一无所知，也没有办法将其限制为数字类型，并提供我们可能需要在代码中使用的所有运算符。这是.NET运行时的限制，F#提供了两种克服它的方法。

但是为什么<和>（以及扩展的=、<=和>=）没问题呢？

F#编译器对equality和comparison的处理方式不同（请参见specs中的5.2.10节Equality and Comparison Constraints，感谢@Daniel）。您将获得特殊的comparison约束条件，当（简单地说，请查看规范以获取更多详细信息）：

如果类型是命名类型，则类型定义没有并且未被推断为具有NoComparison属性，并且类型定义实现了System.IComparable或是数组类型或是System.IntPtr或是System.UIntPtr。

+运算符没有这样的特殊处理。为什么不能有像numeric这样的约束条件呢？

那么，这个操作符对字符串也定义了吗？在某些语言中，它还适用于列表和集合？肯定它应该是一个“可添加”的约束而不是“数值”约束。然后，程序中可以找到许多具有不同语义含义的这种重载运算符。因此，F#提供了一个使用静态成员约束和inline关键字的“万能”方法。只有“相等性”和“比较”是特殊的。

- yamen

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通常情况下，F#会尽可能地将类型定义为在使用时最为通用的。然而，它无法欺骗.NET框架并为“数字”这个概念定义一个泛型 - 因为没有相关的接口可以约束它！ - yamen

@yamen：comparison 约束在 C# 中不会生成类似 where T : IComparable 的内容。它仅存在于编译时，并且限制较少。请参阅规范的相关部分。 - Daniel

是的，这有点不同 - 但从规范来看，“它通常意味着类型必须实现System.IComparable”。我会进行更新以确保准确性。 - yamen

我提到这个是因为它似乎反驳了你的回答的主旨：即.NET中固有的比较而数学运算不是。你的回答并没有给出差异的理由（我不明白为什么不能有像“需要数字”这样的东西），只是解释了不同的实现机制。 - Daniel

我不知道答案，但我怀疑通用数学操作主要是为了性能而内联的，约束只是副产品。 - Daniel

Answer 2

为什么有泛化的差异？

在通用性和性能之间存在权衡。比较约束为像min这样可以作用于任何F#类型的任何值的函数提供了通用性，但在一般情况下会采用虚拟分派，因此速度会慢很多。加号运算符提供了受限制的通用性，并且可以作用于已增强重载的任何F#类型的任何值，但在一般情况下不起作用，因此始终非常快，因为不需要分派。

- J D

Answer 3

comparison是一个编译时的约束条件。因此问题仍然存在：为什么没有将add泛化？正如yamen所指出的，泛型数学操作需要内联，这会影响代码大小和性能-这可能不是编译器自动执行的东西。

- Daniel

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影响代码大小，但对性能有积极的影响。我不知道是否存在其他权衡。 - yamen