F#类中Dictionary操作异常求助：添加元素后仍报KeyNotFoundException

我近期开始学习F#，并在个人项目中尝试用多种语言实现康威生命游戏，目前遇到类内Dictionary赋值的问题。

问题代码 #

module World

open System.Collections.Generic

type World() =
  member private this.cells = new Dictionary<string, int>()
  
  member this.add_cell(): int =
    printfn "%A" this.cells
    this.cells.Add("0-0", 123)
    printfn "%A" this.cells
    this.cells["0-0"]

let world = new World()
world.add_cell() |> ignore

运行输出 #

seq []
seq []
Unhandled exception. System.Collections.Generic.KeyNotFoundException: The given key '0-0' was not present in the dictionary.
   at System.Collections.Generic.Dictionary`2.get_Item(TKey key)
   at World.World.add_cell()

异常现象 #

• 本应为Dictionary的this.cells打印显示为seq []
• 添加元素后打印this.cells仍为空
• 获取刚添加的键值时触发KeyNotFoundException

原因分析与解决方法 #

核心问题是你把cells定义成了计算型成员，而非类的私有字段。在F#中，member private this.cells = new Dictionary<string, int>()这种写法会让每次访问this.cells时，都重新创建一个全新的Dictionary实例：

1. 两次打印this.cells时，都是生成新的空字典，所以显示为seq []（Dictionary实现了IEnumerable，%A格式化会按序列输出）
2. 调用this.cells.Add是给临时生成的字典加元素，操作完成后这个临时字典就被丢弃了
3. 最后访问this.cells["0-0"]时，又创建了新的空字典，自然找不到对应的键

要解决这个问题，需要把cells定义为类实例的私有字段，确保整个实例生命周期内只初始化一次：

方法一：使用构造函数绑定字段（推荐）

module World

open System.Collections.Generic

type World() =
  // 定义私有字段，仅在实例创建时初始化一次
  let cells = new Dictionary<string, int>()
  
  member this.add_cell(): int =
    printfn "%A" cells
    cells.Add("0-0", 123)
    printfn "%A" cells
    cells["0-0"]

let world = new World()
world.add_cell() |> ignore

方法二：使用val关键字定义字段

module World

open System.Collections.Generic

type World() =
  // 声明私有字段
  [<DefaultValue>]
  val private cells : Dictionary<string, int>
  // 在构造函数代码块中初始化字段
  do
    this.cells <- new Dictionary<string, int>()
  
  member this.add_cell(): int =
    printfn "%A" this.cells
    this.cells.Add("0-0", 123)
    printfn "%A" this.cells
    this.cells["0-0"]

let world = new World()
world.add_cell() |> ignore

两种写法都能保证所有操作针对同一个Dictionary实例，运行后就能正常输出添加的键值对，不会再抛出异常。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kieran Pilkington