Erlang list的++操作和append函数的底层实现

当提到Erlang中list的++操作符时，我们常会想到它的性能问题。
有些人知道++操作比较耗时，就改用函数append来代替。
到底++操作和append函数之间有什么区别？


我们来查看一下它们在Erlang源码及C源码中的实现。


在$ERL_TOP/lib/stdlib/src/lists.erl可以找到如下代码：

%% append(X, Y) appends lists X and Y-spec append(List1, List2) -> List3 when      List1 :: [T],      List2 :: [T],      List3 :: [T],      T :: term(). append(L1, L2) -> L1 ++ L2. %% 使用了++操作%% append(L) appends the list of lists L-spec append(ListOfLists) -> List1 when      ListOfLists :: [List],      List :: [T],      List1 :: [T],      T :: term().append([E]) -> E;append([H|T]) -> H ++ append(T); %% 使用了++操作append([]) -> [].

在$ERL_TOP/erts/emulator/beam/erl_bif_lists.c中可以看到：

/* * erlang:'++'/2 */Etermebif_plusplus_2(BIF_ALIST_2){    return append(BIF_P, BIF_ARG_1, BIF_ARG_2);}BIF_RETTYPE append_2(BIF_ALIST_2){    return append(BIF_P, BIF_ARG_1, BIF_ARG_2);}

结合上面两个文件中的源码，我们可以得出这样的结论：

++操作，以及函数lists:append/1和lists:append/2，
在Erlang底层都是调用了C函数append(Process* p, Eterm A, Eterm B)来实现。

为什么Erlang的++操作耗性能？

要想揭秘++操作是如何耗性能的，我们只有彻底弄清楚它们的底层实现。


一起来看看$ERL_TOP/erts/emulator/beam/erl_bif_lists.c文件中append函数的C实现：

#define CONS(hp, car, cdr) \        (CAR(hp)=(car), CDR(hp)=(cdr), make_list(hp))#define CAR(x)  ((x)[0])#define CDR(x)  ((x)[1])static BIF_RETTYPE append(Process* p, Eterm A, Eterm B){    Eterm list;    Eterm copy;    Eterm last;    size_t need;    Eterm* hp;    int i;    if ((i = list_length(A)) < 0) {        BIF_ERROR(p, BADARG);    }    if (i == 0) {        // A的长底为0，直接返回B        BIF_RET(B);    } else if (is_nil(B)) {        // B是一个空列表，直接返回A        BIF_RET(A);    }    need = 2*i;    // 为A的拷贝分配内存空间    hp = HAlloc(p, need);    list = A;    // 首先拷贝A的第一个元素，并初始化copy和last变量    // 为什么要两个变量指向同一值？    // 因为copy指向副本头部，以下不再对copy的变量值做任何修改，最后用来做函数的返回值    // last保持指向A副本的最后一个元素，最后要保存B的头指针值    copy = last = CONS(hp, CAR(list_val(list)), make_list(hp+2));    // 更新list变量值，让它指向A的第2个元素    list = CDR(list_val(list));    hp += 2;    // 注意，上面已经拷贝了A的第一个元素，所以要先i--    i--;    // 从A的第2个元素开始，逐个拷贝    while(i--) {        // 取出list指向的元素，8字节，        // CAR(listp)为指向当前元素值的指针值        // CDR(listp)为指向下一个元素的指针值        Eterm* listp = list_val(list);        // 注意make_list(hp+2)，直至拷贝完成，这个列表的next指针都是指向下一个内存空间，        // last总是指向最新的元素，因为是从A的头部开始拷贝的，        // 所以last最终也就是指向A副本的最后一个元素        last = CONS(hp, CAR(listp), make_list(hp+2));        // 让list移动到下一个元素        list = CDR(listp);        hp += 2;    }    // 上面的拷贝之后，副本尾部没有NIL值，在这里正好把这个位置的值更新为B的值，    // 至此，两个list的合并完成    CDR(list_val(last)) = B;    // 返回副本头部的指针值    BIF_RET(copy);}

以上分析中，我们知道了++操作的具体实现，但我还是有疑问。

为什么Erlang中++操作时要拷贝左边的list？

为什么要对A进行拷贝？

如果通过遍历找到A尾部的NIL值，并把它更新为B的指针值不就OK了？

这是因为Erlang的原则是变量一旦赋值就不可再变，如果直接对A进行了修改操作，将会有什么结果？

我认为这也是一个在写NIF时需要注意的问题。

Erlang ++操作符使用小结

1. 尽量把长度较小的list放在左边。
2. 如果左边的list长度很小，并不会造成很大的性能影响，这种情况下可以放心使用++操作符。
3. lists:append/2函数最终也是调用++操作来完成，还不如直接使用++明了。
4. 如果需要合并的list个数是未知的，可以使用函数lists:append/1来完成。

Erlang数据类型的内部实现

Erlang中list和tuple的构建及转换的内部实现