Haskell基准测试/非严格约简的nf/whnf优化

Question

我正在尝试优化一个旨在获取大型数据集的库 然后对其应用不同的操作。现在图书馆正在工作，我想要 来优化它。

我的印象是非严格的评估允许 GHC 组合操作，以便当所有数据都只迭代一次 函数的编写方式是对参数进行排序，以便于减少 whnf。 （并且为了潜在地减少对每个数据执行的操作数量）

为了测试这一点，我编写了以下代码：

import Criterion.Main

main = defaultMain
       [ bench "warmup (whnf)" $ whnf putStrLn "HelloWorld",
         bench "single (whnf)" $ whnf single [1..10000000],
         bench "single (nf)"   $ nf   single [1..10000000],
         bench "double (whnf)" $ whnf double [1..10000000],
         bench "double (nf)"   $ nf   double [1..10000000]]

single :: [Int] -> [Int]
single lst = fmap (* 2) lst

double :: [Int] -> [Int]             
double lst =  fmap (* 3) $ fmap (* 2) lst

使用 Criterion 库进行基准测试我得到以下结果：

benchmarking warmup (whnf)
mean: 13.72408 ns, lb 13.63687 ns, ub 13.81438 ns, ci 0.950
std dev: 455.7039 ps, lb 409.6489 ps, ub 510.8538 ps, ci 0.950

benchmarking single (whnf)
mean: 15.88809 ns, lb 15.79157 ns, ub 15.99774 ns, ci 0.950
std dev: 527.8374 ps, lb 458.6027 ps, ub 644.3497 ps, ci 0.950

benchmarking single (nf)
collecting 100 samples, 1 iterations each, in estimated 107.0255 s
mean: 195.4457 ms, lb 195.0313 ms, ub 195.9297 ms, ci 0.950
std dev: 2.299726 ms, lb 2.006414 ms, ub 2.681129 ms, ci 0.950

benchmarking double (whnf)
mean: 15.24267 ns, lb 15.17950 ns, ub 15.33299 ns, ci 0.950
std dev: 384.3045 ps, lb 288.1722 ps, ub 507.9676 ps, ci 0.950

benchmarking double (nf)
collecting 100 samples, 1 iterations each, in estimated 20.56069 s
mean: 205.3217 ms, lb 204.9625 ms, ub 205.8897 ms, ci 0.950
std dev: 2.256761 ms, lb 1.590083 ms, ub 3.324734 ms, ci 0.950

GHC 是否优化了“double”函数，以便列表仅 由 (* 6) 操作过一次？ nf 结果表明情况确实如此，因为 否则“double”的平均计算时间将是“single”的两倍。whnf

版本运行如此快的区别是什么？我可以 只假设实际上没有执行任何操作（或者只是第一个 减少迭代）

我是否使用了正确的术语？

Answer 1

查看 GHC 使用 -ddump-simpl 选项生成的核心（中间代码），我们可以确认 GHC 确实将 map 的两个应用程序融合为一个（使用-O2）。转储的相关部分是：

Main.main10 :: GHC.Types.Int -> GHC.Types.Int
GblId
[Arity 1
 NoCafRefs]
Main.main10 =
  \ (x_a1Ru :: GHC.Types.Int) ->
    case x_a1Ru of _ { GHC.Types.I# x1_a1vc ->
    GHC.Types.I# (GHC.Prim.*# (GHC.Prim.+# x1_a1vc 2) 3)
    }

Main.double :: [GHC.Types.Int] -> [GHC.Types.Int]
GblId
[Arity 1
 NoCafRefs
 Str: DmdType S]
Main.double =
  \ (lst_a1gF :: [GHC.Types.Int]) ->
    GHC.Base.map @ GHC.Types.Int @ GHC.Types.Int Main.main10 lst_a1gF

请注意，Main.double 中仅使用了一次 GHC.Base.map，指的是组合函数 Main。 main10 既加 2 又乘以 3。这可能是 GHC 首先内联列表的 Functor 实例的结果，以便 fmap 变成 map，然后 应用重写规则，允许两个应用程序 < code>map 进行融合，加上一些更多的内联和其他优化。

WHNF 意味着表达式仅计算为“最外层”数据构造函数或 lambda。在本例中，这意味着第一个 (:) 构造函数。这就是为什么速度如此之快，因为几乎没有做任何工作。请参阅我对什么是弱头范式？ 了解更多详情。