2025-10-12

F# で Cmdlet を書いてる pt.76

漸くまとまった時間が取れるようになった。とりあえず毎週何もできないとかは当面ないと思われる。

早速 krymtkts/pocof を開発した。主に String 操作の効率化だ。 hot path ではなるべく F# の String module も使わないようにしてみている。 #368

benchmark をとってもみて極端に良くできたところもあれば、何故速くなった・遅くなったかわからないところもある。効果が顕著そうなところを benchmark ピックアップする。

修正前。

Method	Mean	Error	StdDev	Gen0	Allocated
QueryState_getCurrentProperty	89.43 ns	2.249 ns	6.595 ns	0.0267	112 B

Method	Mean	Error	StdDev	Gen0	Allocated
QueryCondition_toString	26.93 us	0.862 us	2.486 us	2.0142	8.38 KB

Method	Mean	Error	StdDev	Gen0	Allocated
invokeAction_AddQuery	1.144 us	0.0228 us	0.0577 us	0.4005	1.64 KB

Method	Mean	Error	StdDev	Gen0	Allocated
invokeAction_BackwardChar	590.3 ns	11.59 ns	24.44 ns	0.0248	104 B
invokeAction_BackwardWord	681.4 ns	12.35 ns	14.70 ns	0.0477	200 B

修正後。

Method	Mean	Error	StdDev	Gen0	Allocated
QueryState_getCurrentProperty	51.49 ns	1.229 ns	3.547 ns	0.0153	64 B

Method	Mean	Error	StdDev	Allocated
QueryCondition_toString	4.406 ns	0.0873 ns	0.2361 ns	-

Method	Mean	Error	StdDev	Gen0	Allocated
invokeAction_AddQuery	1.093 us	0.0217 us	0.0434 us	0.4005	1.64 KB

Method	Mean	Error	StdDev	Gen0	Allocated
invokeAction_BackwardChar	535.8 ns	10.61 ns	18.57 ns	0.0248	104 B
invokeAction_BackwardWord	689.1 ns	12.58 ns	22.68 ns	0.0477	200 B

String.length が不要な箇所は直に String.Length を使ってみるのは、実際に StringModule.Length の呼び出しがなくなる分僅かに速くなる。 invokeAction の AddQuery や BackwardChar はそれに当たるとだろう。何故か BackwardWord は遅くなってしまったが軽微な差なので誤差かな。

QueryState.getCurrentProperty は中間文字列を生成していたのをやめて 4 割ほど高速化した。

         let getCurrentProperty (state: QueryState) =
             let s =
-                state.Query
-                |> String.upToIndex state.Cursor
-                |> fun x -> String.fromIndex <| x.LastIndexOf " " + 1 <| x
+                let q, c = state.Query, state.Cursor
+                let start = if c > 0 then q.LastIndexOf(' ', c - 1) + 1 else 0
+                q.Substring(start, c - start)

また QueryCondition.toString に関しては list の生成と中間文字列の生成を一切なくすことで、比較にならないほど劇的に速くメモリも少なくできた。代わりに愚直な match expression を採用したので、全てのケースがベタ書きされているので、一見するとギョッとする。でもある意味 match expression で経路も網羅できてるし「正しい」使い方ではあるかな。速さと省メモリは正義なのだ。

今回修正を試みた中で、完全に読みが外れたのは String interpolation だ。以下に例を示す。

    module InternalState =
        let queryInfo (state: InternalState) (count: int) =
            $" %s{state.QueryCondition |> QueryCondition.toString} [%d{count}]"

    module InternalState =
        let queryInfo (state: InternalState) (count: int) =
            String.Concat(" ", QueryCondition.toString state.QueryCondition, " [", string count, "]")

これらは C# での表現だと以下に compile されていた。

[CompilationArgumentCounts(new int[] { 1, 1 })]
public static string queryInfo(InternalState state, int count)
{
    return PrintfModule.PrintFormatToStringThen(new PrintfFormat<string, Unit, string, string, Tuple<string, int>>(" %s%P() [%d%P()]", new object[2]
    {
        QueryConditionModule.toString(state.QueryCondition@),
        count
    }, null));
}

[CompilationArgumentCounts(new int[] { 1, 1 })]
public static string queryInfo(InternalState state, int count)
{
    return " " + QueryConditionModule.toString(state.QueryCondition@) + " [" + ((IFormattable)(object)count).ToString(null, CultureInfo.InvariantCulture) + "]";
}

String.Concat の方が期待しない形になっているのがよく分かる。なので断然 String interpolation の方が速い。

Method	Mean	Error	StdDev	Median	Allocated
InternalState_queryInfo	0.0462 ns	0.0330 ns	0.0968 ns	0.0 ns	-

Method	Mean	Error	StdDev	Median	Allocated
InternalState_queryInfo	0.1410 ns	0.0528 ns	0.1516 ns	0.0935 ns	-

このような細かいチューニングで、しかも最も遅いところから着手するわけでないという進め方は、仕事だと中々できない。やはり趣味のプログラミングだからこそ、そのような重箱の隅をドリルしまくれる。

当然、これらの分析と改善は今 pocof が使ってる .NET 9 でのみこうなるという可能性が十分にある。それでもこういう挙動を少しずつ頭の中に積んでいくことで、一般的に F# のチューニングで言われているようなパターンの原理を理解できて、良い感じがする。

2025-10-05 F# で Cmdlet を書いてる pt.75