Raku/Rakudo 包括哪些持久性数据结构？

Question

Raku 提供的many 类型为immutable，因此在创建后无法修改。直到我最近开始研究这个领域，我的理解是这些类型 不是 persistent data structures - 也就是说，与 Clojure 或 Haskell 中的核心类型不同，我认为 Raku 的不可变类型并没有采用结构共享的优势，以允许廉价的副本。我认为my List $new = (|$old-list, 42); 语句实际上复制了$old-list 中的值，没有持久数据结构的数据共享功能。

我的理解的描述是过去时，但是，由于以下代码：

my Array $a = do {
    $_ = [rand xx 10_000_000];
    say "Initialized an Array in $((now - ENTER now).round: .001) seconds"; $_}
my List $l = do {
    $_ = |(rand xx 10_000_000);
    say "Initialized the List in $((now - ENTER now).round: .001) seconds"; $_}
do { $a.push: rand;  
     say "Pushed the element to the Array in $((now - ENTER now).round: .000001) seconds" }
do { my $nl = (|$l, rand); 
     say "Appended an element to the List in $((now - ENTER now).round: .000001) seconds" }
do { my @na = |$l; 
     say "Copied List \$l into a new Array in $((now - ENTER now).round: .001) seconds" }

在一次运行中产生了这个输出：

Initialized an Array in 5.938 seconds
Initialized the List in 5.639 seconds
Pushed the element to the Array in 0.000109 seconds
Appended an element to the List in 0.000109 seconds
Copied List $l into a new Array in 11.495 seconds

也就是说，使用旧值 + 再创建一个新 List 与推送到可变数组一样快，并且比将 List 复制到新数组中快得多——这正是您期望的性能特征从持久列表中查看（复制到数组仍然很慢，因为它不能在不破坏列表不变性的情况下利用结构共享）。将$l 快速复制到$nl 是不是，因为List 是懒惰的；也不是。

以上所有内容让我相信 Rakudo 中的列表实际上是持久性数据结构，具有所有隐含的性能优势。这给我留下了几个问题：

• 关于列表是持久性数据结构，我说得对吗？
• 所有其他不可变类型也是持久数据结构吗？或者有吗？
• 这是 Raku 的任何一部分，还是只是 Rakudo 做出的实施选择？
• 这些性能特征是否在任何地方都有记录/保证？

我不得不说，发现证据表明至少有一些 Raku(do) 的类型是持久的，这给我留下了深刻的印象，也让我感到非常困惑。这是其他语言 list as a key selling point 或导致在 GitHub 上创建 libraries with 30k+ stars 的那种功能。我们真的在 Raku 中没有提及它吗？

Answer 1

我记得实现了这些语义，我当然不记得当时考虑过它们会产生持久数据结构 - 尽管将标签附加到结果上似乎是公平的！

我认为您不会在任何地方找到明确说明这种确切行为的地方，但是语言要求的 事物的最自然实现很自然地导致了这种行为。取成分：

• infix:<,> 运算符是 Raku 中的 List 构造函数
• 当List 被创建时，它在惰性和扁平化方面是不明确的（这些源于我们如何使用List，我们通常不知道它的构造点)
• 当我们编写(|$x, 1) 时，prefix:<|> 运算符构造了一个Slip，它是一种List，应该融入其周围的List。因此infix:<,> 看到的是Slip 和Int。
• 让Slip 立即融入结果List 意味着对渴望做出承诺，而仅List 构造不应该这样做。因此，Slip 及其之后的所有内容都被放入 List 的惰性求值（“未具体化”）部分。

最后一个是导致观察到的持久数据结构样式行为的原因。

我希望有可能实现检查Slip 并选择急切地复制已知不懒惰的东西，并且仍然符合规范测试套件。这会改变你的例子的时间复杂度。如果你想对此进行防御，那么：

do { my $nl = (|$l.lazy, rand); 
     say "Appended an element to the List in $((now - ENTER now).round: .000001) seconds" }

即使实施发生变化，也应该足以强制解决问题。

立即想到的其他与持久数据结构或至少尾共享相关的案例：

• 字符串的 MoarVM 实现，在 str 和 Str 之后，通过创建一个新字符串来实现字符串连接，该字符串引用正在连接的两个字符串，而不是复制两个字符串中的数据（并且确实substr 和重复的类似技巧）。这严格来说是一种优化，而不是语言要求，并且在一些微妙的情况下（一个字符串的最后一个字素和下一个字符串的第一个字素将在结果字符串中形成一个字素），它放弃并采用复制路径。
• 在核心之外，Concurrent::Stack、Concurrent::Queue 和 Concurrent::Trie 等模块使用尾部共享作为实现相对高效的无锁数据结构的技术。