Haskell基准测试/非严格减少的nf/whnf的优化

Question

我正在尝试优化一个旨在获取大型数据集然后对其应用不同操作的库.既然库正在运行,我想优化它.

我的印象是非严格评估允许GHC组合操作,以便在编写所有函数时只迭代一次数据,以便对参数进行排序以便于减少.(并且可能减少对每个数据执行的操作数)

为了测试这个,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"双重"功能,以便列表仅在(*6)上运行一次？nf结果表明情况就是这样,否则"double"的平均计算时间将是"single"的两倍

使whnf版本运行得如此之快的区别是什么？我只能假设实际上没有执行任何操作(或者只是减少中的第一次迭代)

我甚至使用了正确的术语吗？

Answer 1

查看 GHC 使用该-ddump-simpl选项生成的核心（中间代码），我们可以确认 GHC 确实将 的两个应用程序融合map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

GHC.Base.map请注意in的用法只有一次Main.double，指的是既加 2 又乘以 3 的组合函数。这可能是 GHC 首先内联列表实例以便变为 的Main.main10结果，然后应用允许两个的重写规则要融合的应用程序，加上一些更多的内联和其他优化。Functorfmapmapmap

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。这就是为什么它如此之快，因为几乎没有做任何工作。请参阅我对什么是弱头范式？更多细节。