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我是 Haskell 的新手，我对函数调用的成本感到困惑，这对我来说似乎完全不合理，让我觉得我做的事情根本上是错误的。

考虑以下 Haskell 代码：

module Main where
logistic x = 4.0*x*(1.0-x)

lg :: Double -> Int -> Double
lg !x 0 = x
lg !x !n = lg (logistic x) (n-1)

main = putStrLn $ show $ lg 0.7861 100000000

用命令编译它

 ghc -O3 -XBangPatterns -o tsths tst.hs

并运行它，我得到：

real    0m15.904s
user    0m15.853s
sys     0m0.016s

如果我不调用函数，logistic而是计算内联表达式：

module Main where

lg :: Double -> Int -> Double
lg !x 0 = x
lg !x !n = lg (4.0*x*(1.0-x)) (n-1)

main = putStrLn $ show $ lg 0.7861 100000000

执行时间变为：

real    0m0.838s
user    0m0.828s
sys     0m0.004s

这与等效的 C 程序完全相同，即

#include <stdio.h>

int main() {
   int i, num=100000000;
   double x=0.7861;
   for (i=0; i<num; ++i)
      x *= 4.0*(1.0-x);
   printf("%lg\n", x);
}

我做错了什么吗？

非常感谢。

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3 回答 3

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这是 GHC-7.4.1 中的一个错误。查看生成的内核（只有函数的内核lg很重要，从GHC-7.4.2，我们得到

Main.lg3 :: GHC.Types.Double
[GblId,
 Unf=Unf{Src=<vanilla>, TopLvl=True, Arity=0, Value=False,
         ConLike=False, Cheap=False, Expandable=False,
         Guidance=IF_ARGS [] 30 0}]
Main.lg3 = GHC.Float.$w$cfromRational Main.lg4 Main.lg2

Main.lg1 :: GHC.Types.Double
[GblId,
 Unf=Unf{Src=<vanilla>, TopLvl=True, Arity=0, Value=False,
         ConLike=False, Cheap=False, Expandable=False,
         Guidance=IF_ARGS [] 30 0}]
Main.lg1 = GHC.Float.$w$cfromRational Main.lg2 Main.lg2

Main.$wlg :: GHC.Prim.Double# -> GHC.Prim.Int# -> GHC.Prim.Double#
[GblId,
 Arity=2,
 Str=DmdType LL,
 Unf=Unf{Src=<vanilla>, TopLvl=True, Arity=2, Value=True,
         ConLike=True, Cheap=True, Expandable=True,
         Guidance=IF_ARGS [0 30] 158 0}]
Main.$wlg =
  \ (ww_s1Oy :: GHC.Prim.Double#) (ww1_s1OC :: GHC.Prim.Int#) ->
    case ww1_s1OC of ds_Xvs {
      __DEFAULT ->
        case Main.lg3 of _ { GHC.Types.D# x_awJ ->
        case Main.lg1 of _ { GHC.Types.D# x1_awV ->
        letrec {
          $wlg1_X1PF [Occ=LoopBreaker]
            :: GHC.Prim.Double# -> GHC.Prim.Int# -> GHC.Prim.Double#
          [LclId, Arity=2, Str=DmdType LL]
          $wlg1_X1PF =
            \ (ww2_X1Pv :: GHC.Prim.Double#) (ww3_X1PA :: GHC.Prim.Int#) ->
              case ww3_X1PA of ds1_Xwr {
                __DEFAULT ->
                  $wlg1_X1PF
                    (GHC.Prim.*##
                       (GHC.Prim.*## x_awJ ww2_X1Pv) (GHC.Prim.-## x1_awV ww2_X1Pv))
                    (GHC.Prim.-# ds1_Xwr 1);
                0 -> ww2_X1Pv
              }; } in
        $wlg1_X1PF
          (GHC.Prim.*##
             (GHC.Prim.*## x_awJ ww_s1Oy) (GHC.Prim.-## x1_awV ww_s1Oy))
          (GHC.Prim.-# ds_Xvs 1)
        }
        };
      0 -> ww_s1Oy
    }

两个顶级Doubles 和一个体面的循环。

GHC-7.4.1 有点太内联了，这产生了

Rec {
Main.$wlg [Occ=LoopBreaker]
  :: GHC.Prim.Double# -> GHC.Prim.Int# -> GHC.Prim.Double#
[GblId, Arity=2, Str=DmdType LL]
Main.$wlg =
  \ (ww_s1NS :: GHC.Prim.Double#) (ww1_s1NW :: GHC.Prim.Int#) ->
    case ww1_s1NW of ds_Xvb {
      __DEFAULT ->
        case GHC.Float.$wfromRat'' (-1021) 53 Main.logistic4 Main.logistic2
        of ww2_a1Mt { __DEFAULT ->
        case GHC.Float.$wfromRat'' (-1021) 53 Main.logistic2 Main.logistic2
        of ww3_X1Nq { __DEFAULT ->
        Main.$wlg
          (GHC.Prim.*##
             (GHC.Prim.*## ww2_a1Mt ww_s1NS) (GHC.Prim.-## ww3_X1Nq ww_s1NS))
          (GHC.Prim.-# ds_Xvb 1)
        }
        };
      0 -> ww_s1NS
    }
end Rec }

并在每次迭代中给你两次调用fromRational工人。

现在，fromRational是一个相当复杂的功能。尽管在 7.2 系列中实现了更快的实现，但它仍然相当慢，因此这些调用非常耗时。

使用类型签名，不会Rational产生顶级常量，只有Double常量，然后使用这些常量，这当然不包括无缘无故的减速。

于 2012-09-07T16:21:02.493 回答
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正如 Dan Burton 所建议的，它实际上是多态函数的开销，因为 GHC 推断 type logistic :: Fractional a => a -> a。如果您明确指定类型，您通常会启用更好的检查和更好的优化。我认为明确指定函数类型是一种很好的做法。

如果你想拥有多态类型的函数但在特定用途的情况下拥有全速单态调用，你可以使用SPECIALIZEpragma，但我相信这是特定于 GHC 的。

{-# LANGUAGE BangPatterns #-}
module Main where
logistic :: Fractional a => a -> a
{-# SPECIALISE logistic :: Double -> Double #-}
logistic x = 4.0*x*(1.0-x)

lg :: Double -> Int -> Double
lg !x 0 = x
lg !x !n = lg (logistic x) (n-1)

main = putStrLn $ show $ lg 0.7861 100000000

另请注意，您可以LANGUAGE在文件开头指定 pragma 以启用 bang 模式，而无需在命令行上启用它们。

我的机器上的时间是原始的 21 秒，显式类型的 0.67 秒，专门的 0.7 秒（基本相同）。

我相信专门调用的开销非常小，因为它只是一堆指令，无论如何都会被内联，但多态函数会导致调用。尽管尽管多态性，但 GHC 不能内联是很奇怪的。

于 2012-09-07T16:10:00.273 回答
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添加类型签名logistic，您将看到加速。请允许我使用 CPP 来演示差异。

bash> cat tst.hs
module Main where

#if defined(SIG)
logistic :: Double -> Double
#endif
logistic x = 4.0*x*(1.0-x)

lg :: Double -> Int -> Double
lg !x 0 = x
lg !x !n = lg (logistic x) (n-1)

main = putStrLn $ show $ lg 0.7861 100000000


bash> ghc --version
The Glorious Glasgow Haskell Compilation System, version 7.4.1

如果在未定义 SIG 的情况下编译（不包括类型签名）：

bash> ghc -O3 -XBangPatterns -XCPP -o tsths tst.hs
[1 of 1] Compiling Main             ( tst.hs, tst.o )
Linking tsths ...


bash> time ./tsths
0.34209286442469333

real    0m13.187s
user    0m13.177s
sys 0m0.008s

现在让我们使用定义的 SIG 进行编译，以便包含签名：

bash> rm tsths *.o *.hi


bash> ghc -O3 -XBangPatterns -XCPP -DSIG -o tsths tst.hs
[1 of 1] Compiling Main             ( tst.hs, tst.o )
Linking tsths ...
bash> time ./tsths
0.34209286442469333

real    0m0.464s
user    0m0.440s
sys 0m0.020s

不知道为什么 GHC 在没有签名的情况下不对其进行优化；单态性限制应将其限制为Double -> Double无论如何。

于 2012-09-07T15:58:35.430 回答