执行的副作用低于预期（LINQ）

Question

这是使用 NUnit 风格的测试：

[Test]
public void Test()
{
    var i = 0;
    var v = Enumerable.Repeat(0, 10).Select(x =>
    {
        i++;
        return x;
    }).Last();

    Assert.That(v, Is.EqualTo(0));
    Assert.That(i, Is.EqualTo(10));
}

没想到，失败了：

Message:
Expected: 10
But was:  1

令人惊讶的是，增加

i

的副作用只出现了一次，而不是十次。因此，我尝试用我自己的直观/天真的实现来替换那些 LINQ 方法：

private T MyLast<T>(IEnumerable<T> values)
{
    var enumerator = values.GetEnumerator();
    while (enumerator.MoveNext())
    {
    }
    return enumerator.Current;
}

private IEnumerable<T> MyRepeat<T>(T value, int count)
{
    for(var i = 0; i<count; ++i)
    {
        yield return value;
    }
}

我省略了更改的代码；但您可以验证，如果代码使用

MyRepeat

而不是

Enumerable.Repeat

，或者使用

MyLast

而不是

Enumerable.Last

，则测试通过。显然这两种方法的实现方式不同。

（以上是在.NET 6中测试的，但最初的观察是在使用.NET Core 3.1的一段代码中）

所以我的问题是：LINQ 是如何以导致如此奇怪行为的方式实现这些方法的？

Answer 1

.NET Core LINQ 实现包括针对已知类型的可枚举序列的各种优化。因此，某些运算符（例如

Last

和

ElementAt

）可能会使用较短的路径来返回结果，而不是逐个元素枚举序列。例如，可以优化对

List<T>

的查询，因为该集合提供对其元素的索引访问，而

Queue<T>

则不提供。显然，由

Enumerable.Repeat

和

Enumerable.Range

生成的序列也可以进行优化。这是另一个重现您的观察结果的示例：

Test(new List<int>(Enumerable.Range(0, 10)));
Test(new Queue<int>(Enumerable.Range(0, 10)));
Test(Enumerable.Range(0, 10));

static void Test(IEnumerable<int> source)
{
    int iterations = 0;
    int result = source.Select(x => { iterations++; return x; }).ElementAt(5);
    Console.WriteLine($"{source}, result: {result}, Iterations: {iterations}");
}

输出

System.Collections.Generic.List`1[System.Int32], result: 5, Iterations: 1
System.Collections.Generic.Queue`1[System.Int32], result: 5, Iterations: 6
System.Linq.Enumerable+RangeIterator, result: 5, Iterations: 1

在线演示.

Enumerable.Repeat

的性能优化位于此源代码文件中：

• 运行时/src/libraries/System.Linq/src/System/Linq/Repeat.SpeedOpt.cs