为什么多态性在haskell（GHC）中如此昂贵？

Question

我问与refernce这个问题该 SO问题。 Don Stewart接受的答案：第一行说“您的代码是高度多态的，将所有浮动变量改为Double ...”，它提供了4倍的性能提升。

我有兴趣在Haskell中进行矩阵计算，我应该养成编写高度单态代码的习惯吗？

但是有些语言很好地利用了ad-hoc多态来生成快速代码，为什么GHC不会或不能呢？ （阅读C ++或D）

为什么我们不能为Haskell提供类似blitz ++或eigen的东西？ 我不明白GHC中的类型和（ad-hoc）多态性是如何工作的。

Answer 1

对于多态代码，通常需要在代码大小和代码速度之间进行权衡。 要么为它将要操作的每种类型生成相同代码的单独版本，这会导致更大的代码，或者您生成可以在多种类型上运行的单个版本，这将更慢。

模板的C ++实现选择以增加代码大小为代价来提高代码速度。 默认情况下，GHC采取相反的权衡。 但是，可以使用SPECIALIZE和INLINABLE编译指示使GHC为不同类型生成单独的版本。 这将导致多态代码具有类似于单态代码的速度。

Answer 2

我想补充Dirk的答案，说通常建议使用INLINABLE优于SPECIALIZE 。 函数的INLINABLE注释保证模块导出函数的原始源代码，以便它可以在使用时专门化。 这通常不需要为每个用例提供单独的SPECIALIZE编译指示。

与INLINE不同， INLINABLE不会改变GHC的优化启发式。 它只是说“请导出源代码”。

Answer 3

我不明白类词汇在GHC中如何运作。

好的，考虑这个功能：

linear :: Num x => x -> x -> x -> x
linear a b x = a*x + b

这需要三个数字作为输入，并返回一个数字作为输出。 此函数接受任何数字类型; 它是多态的。 GHC如何实现这一点？ 好吧，基本上编译器创建了一个“类字典”，它包含了它内部的所有类方法（在这种情况下， + ， - ， *等）。这个字典成为函数的额外隐藏参数。 像这样的东西：

data NumDict x =
  NumDict
  {
    method_add :: x -> x -> x,
    method_subtract :: x -> x -> x,
    method_multiply :: x -> x -> x,
    ...
  }

linear :: NumDict x -> x -> x -> x -> x
linear dict a b x = a `method_multiply dict` x `method_add dict` b

无论何时调用该函数，编译器都会自动插入正确的字典 - 除非调用函数也是多态的，在这种情况下它本身会收到一个字典，所以只需传递它。

事实上，缺乏多态性的函数通常更快，因为缺乏函数查找，但因为知道类型允许进行额外的优化。 例如，我们的多态linear函数将适用于数字，向量，矩阵，比率，复数， 任何东西 。 现在，如果编译器知道我们想要在Double上使用它，那么现在所有操作都成为单机器代码指令，所有操作数都可以在处理器寄存器中传递，依此类推。 所有这些都会产生极其高效的代码。 即使它是带有Double组件的复杂数字，我们也可以使它变得更好，更高效。 如果我们不知道我们会得到什么类型，我们就无法进行任何优化......这就是大多数速度差异通常来自的地方。

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对于像线性这样的微小函数，它很可能在每次被调用时都被内联，导致没有多态性开销和少量代码重复 - 而不像C ++模板。 对于更大，更复杂的多态函数，可能会有一些成本。 一般情况下，编译器决定这一点，而不是你 - 除非你想开始在这个地方撒上pragma。 ;-)或者，如果你实际上没有使用任何多态，你可以只给出所有单形类型的签名...