如何让F#计算表达式实现类似seq的延迟执行效果？

1. Seq的延迟执行参考示例 #

let foo x = 
   seq {
      printfn $"1{x}"
      1
   }

let bar = foo 1

运行上述代码时，控制台无任何输出，只有当实际评估序列中的值（如调用Seq.head bar）时，才会执行printfn完成打印。

2. 自定义IO计算表达式的即时执行问题 #

let program1 (x: int) = 
   IOProgram.programBuilder {
      printfn "start"
      do! print $"the number is {x}"
      return x.ToString()
   }

let execution = program1 1

创建execution变量时，控制台立刻打印了"start"，而非等到解释执行该计算表达式时才触发IO操作，不符合预期的延迟行为。

3. 尝试解决的过程 #

为基于Free Monad的计算表达式添加Delay方法：

type IOProgramBuilder () =
   member this.Bind (x, f) = bind f x
   member this.Return x = Pure x
   member this.ReturnFrom x = x
   member this.Zero () = Pure ()
   member this.Delay (f : Unit -> 'a) = f

let programBuilder = IOProgramBuilder ()

但计算表达式的返回类型变为Unit -> IOProgram<'a>，若仅在解释器中调用会十分繁琐，不符合seq返回seq<'a>的简洁形式。

若添加Run方法抵消类型变化：

type IOProgramBuilder () =
   // 保留其他成员定义
   member this.Run (f) = f()

则会直接抵消Delay的延迟效果，回到即时执行的问题。

核心疑问 #

• 有资料建议将内部类型包装为unit -> 'a（或Lazy<'a>），这是否是正确的解决方案？有没有更简洁的实现方式？
• 对比seq的以下行为：

let foo x = 
   seq {
      printfn $"!{x}"
      1
   }

let bar = (foo 1).GetEnumerator()

调用GetEnumerator()时控制台仍然无输出，但自定义计算表达式中类似“延迟”操作却会立即打印"start"。请问seq是同时延迟了枚举器的创建和每个bind的执行吗？

内容的提问来源于stack exchange，提问作者MrD at KookerellaLtd