fromJust 定义中的模式匹配

Question

Data.Maybe 中的函数 fromJust 是这样定义的：

fromJust          :: Maybe a -> a
fromJust Nothing  = error "Maybe.fromJust: Nothing"
fromJust (Just x) = x

根据我对模式匹配（匹配从上到下进行）的理解，我会改变两者的顺序定义。因为通常 Nothing 部分在 it-is-sure-a-Just 情况下不匹配，但在达到第二个定义之前总是会检查它。

您能澄清我的推理错误吗？谢谢。

编辑：

示例： 假设我有一个文件，每行包含一百万个 Int 类型的数字，并且您在我的程序中需要这些数字（作为 Int，而不是 String）对于其他东西。

import qualified Data.ByteString.Lazy.Char8 as L

readInt = fst . fromJust . L.readInt
-- more stuff

根据上面的 fromJust 定义，我需要更多时间来读取数字，不是吗？

Answer 1

我认为这个问题是关于性能的。虽然语义模式匹配是从上到下测试的，但大多数 Haskell 编译器会将 ADT 构造函数上的匹配优化为相当于 C switch 语句。

您可以认为 ADT 的数据表示有一个“标签”，它说明它是使用哪个构造函数创建的，以及每个参数的指针。例如，Nothing 可能表示为 0 (null)，Just 42 表示为 1（指向 42 的指针）代码>.

然后在这样的函数中：

squash :: Maybe (Maybe Int) -> Int
squash (Just Nothing) = 0
squash Nothing = 0
squash (Just (Just x)) = x

编译器将建立一个决策树：

squash x = 
   check tag of x:
       0 -> 0
       1 y -> check tag of y:
           0 -> 0
           1 z -> z

其中每个标记都是由跳转表或其他东西计算的，因此将 0 作为 1 检查并不昂贵。请注意，无论我们定义中模式的原始顺序是什么，都会生成相同的决策树。

然而，当使用防护而不是在构造函数上匹配时，很可能会从上到下检查模式（编译器必须非常聪明才能优化它）。因此，如果我们以这种神秘的方式编写 fromJust ：

fromJust x
    | isNothing x = error "fromJust: Nothing"
    | isJust x = case x of { Just y -> y }

那么这可能会依次检查每个构造函数，并且我们可以通过切换案例的顺序来优化。幸运的是，以一种重要的方式编写是很麻烦的:-)。

Answer 2

这里需要意识到两件重要的事情：首先，Haskell 编译器完全意识到任何值只能是 Nothing 或 Just x。因此它只会测试其中之一。其次，GHC 使用指针标记，使其能够非常快速地区分指向各种构造函数的指针（详细信息）。

结果，GHC 为模式匹配生成了非常好的代码。下面是 fromJust 返回代码的样子，直接从程序集转储中获取：

        andq $7,%rax
        cmpq $2,%rax
        jae .LcO4

它获取返回值，然后使用位掩码操作提取标记（二进制中的 7 = 111）。如果此标记为 2，则代码知道它指向 Just x 构造函数。因此它会跳转到适当的代码。否则，它只会继续处理 Nothing 的代码。

我认为甚至可以利用程序中只有一个Nothing闭包的知识来进一步优化。因此，您可以用单个地址比较来替换它，从而在实际代码中保存位屏蔽操作甚至寄存器。不知道为什么 GHC 不这样做。

Answer 3

与 Nothing 匹配的内容不可能与 Just 匹配。所以这两个命令都有效。

如果您通过 fromJust 传递 Just 5，则 Just 5 与 Nothing 不匹配。但 Just 5 确实匹配 Just x。

无论哪种方式，它的工作原理都完全相同。只有当函数与参数之一不模式匹配时，事情才会开始变得棘手。