什么是可能的Haskell优化键？

Question

我发现基准测试解决了不同语言中的非常简单的任务https://github.com/starius/lang-bench 。 这是Haskell的代码：

cmpsum i j k =
    if i + j == k then 1 else 0

main = print (sum([cmpsum i j k |
    i <- [1..1000], j <- [1..1000], k <- [1..1000]]))

你可以在基准测试中看到这个代码运行速度非常慢，我觉得这很奇怪。 我试图内联函数cmpsum并使用下一个标志进行编译：

ghc -c -O2 main.hs

但它确实没有帮助。 我不是要求优化算法，因为它对所有语言都是一样的，但是关于可能使编码或代码优化可以使这段代码运行得更快的问题。

Answer 1

不是完整的答案，对不起。 在我的机器上使用GHC 7.10进行编译我的版本为~12s。

我建议总是使用-Wall进行编译，这表明我们的数字默认为无限精度的Integer类型。 修复：

module Main where

cmpsum :: Int -> Int -> Int -> Int
cmpsum i j k =
    if i + j == k then 1 else 0

main :: IO ()
main = print (sum([cmpsum i j k |
    i <- [1..1000], j <- [1..1000], k <- [1..1000]]))

这对我来说大约需要5秒。 使用+RTS -s运行似乎表明我们在常量内存中有一个循环：

          87,180 bytes allocated in the heap
           1,704 bytes copied during GC
          42,580 bytes maximum residency (1 sample(s))
          18,860 bytes maximum slop
               1 MB total memory in use (0 MB lost due to fragmentation)

                                     Tot time (elapsed)  Avg pause  Max pause
  Gen  0         0 colls,     0 par    0.000s   0.000s     0.0000s    0.0000s
  Gen  1         1 colls,     0 par    0.000s   0.000s     0.0001s    0.0001s

  INIT    time    0.000s  (  0.001s elapsed)
  MUT     time    4.920s  (  4.919s elapsed)
  GC      time    0.000s  (  0.000s elapsed)
  EXIT    time    0.000s  (  0.000s elapsed)
  Total   time    4.920s  (  4.921s elapsed)

  %GC     time       0.0%  (0.0% elapsed)

  Alloc rate    17,719 bytes per MUT second

  Productivity 100.0% of total user, 100.0% of total elapsed

-fllvm了另一秒左右。 也许其他人可以进一步研究它。

编辑 ：再深入挖掘一下这个。 它看起来并不像融合正在发生。 即使我将sum更改为foldr (+) 0 ，这是一个明确的“良好生产者/良好消费者”对。

Rec {
$wgo [InlPrag=[0], Occ=LoopBreaker] :: Int# -> Int#
[GblId, Arity=1, Str=DmdType <S,U>]
$wgo =
  \ (w :: Int#) ->
    let {
      $j :: Int# -> Int#
      [LclId, Arity=1, Str=DmdType]
      $j =
        \ (ww [OS=OneShot] :: Int#) ->
          letrec {
            $wgo1 [InlPrag=[0], Occ=LoopBreaker] :: [Int] -> Int#
            [LclId, Arity=1, Str=DmdType <S,1*U>]
            $wgo1 =
              \ (w1 :: [Int]) ->
                case w1 of _ [Occ=Dead] {
                  [] -> ww;
                  : y ys ->
                    case $wgo1 ys of ww1 { __DEFAULT ->
                    case lvl of _ [Occ=Dead] {
                      [] -> ww1;
                      : y1 ys1 ->
                        case y of _ [Occ=Dead] { I# y2 ->
                        case y1 of _ [Occ=Dead] { I# y3 ->
                        case tagToEnum# @ Bool (==# (+# w y2) y3) of _ [Occ=Dead] {
                          False ->
                            letrec {
                              $wgo2 [InlPrag=[0], Occ=LoopBreaker] :: [Int] -> Int#
                              [LclId, Arity=1, Str=DmdType <S,1*U>]
                              $wgo2 =
                                \ (w2 :: [Int]) ->
                                  case w2 of _ [Occ=Dead] {
                                    [] -> ww1;
                                    : y4 ys2 ->
                                      case y4 of _ [Occ=Dead] { I# y5 ->
                                      case tagToEnum# @ Bool (==# (+# w y2) y5) of _ [Occ=Dead] {
                                        False -> $wgo2 ys2;
                                        True -> case $wgo2 ys2 of ww2 { __DEFAULT -> +# 1 ww2 }
                                      }
                                      }
                                  }; } in
                            $wgo2 ys1;
                          True ->
                            letrec {
                              $wgo2 [InlPrag=[0], Occ=LoopBreaker] :: [Int] -> Int#
                              [LclId, Arity=1, Str=DmdType <S,1*U>]
                              $wgo2 =
                                \ (w2 :: [Int]) ->
                                  case w2 of _ [Occ=Dead] {
                                    [] -> ww1;
                                    : y4 ys2 ->
                                      case y4 of _ [Occ=Dead] { I# y5 ->
                                      case tagToEnum# @ Bool (==# (+# w y2) y5) of _ [Occ=Dead] {
                                        False -> $wgo2 ys2;
                                        True -> case $wgo2 ys2 of ww2 { __DEFAULT -> +# 1 ww2 }
                                      }
                                      }
                                  }; } in
                            case $wgo2 ys1 of ww2 { __DEFAULT -> +# 1 ww2 }
                        }
                        }
                        }
                    }
                    }
                }; } in
          $wgo1 lvl } in
    case w of wild {
      __DEFAULT -> case $wgo (+# wild 1) of ww { __DEFAULT -> $j ww };
      1000 -> $j 0
    }
end Rec }

实际上，查看内核的print $ foldr (+) (0:: Int) $ [ i+j | i <- [0..10000], j <- [0..10000]] print $ foldr (+) (0:: Int) $ [ i+j | i <- [0..10000], j <- [0..10000]]似乎只有列表print $ foldr (+) (0:: Int) $ [ i+j | i <- [0..10000], j <- [0..10000]]的第一层被融合了。 那是一个错误吗？

Answer 2

此代码在1秒内完成工作，GHC 7.10中没有额外的分配-O2 （请参见底部的分析输出）：

cmpsum :: Int -> Int -> Int -> Int
cmpsum i j k = fromEnum (i+j==k)

main = print $ sum [cmpsum i j k | i <- [1..1000],
                                   j <- [1..const 1000 i],
                                   k <- [1..const 1000 j]]

在GHC 7.8中，如果在开头添加以下内容，则在这种情况下（1.4秒）可以获得几乎相同的结果：

import Prelude hiding (sum)

sum xs = foldr (\x r a -> a `seq` r (a+x)) id xs 0

这里有三个问题：

1. 将代码专门Int而不是将其默认为Integer是至关重要的。

2. GHC 7.10为GHC 7.8不提供的sum提供了列表融合。 这是因为基于foldl的新定义， sum的新定义在某些情况下可能非常糟糕，而没有Joachim Breitner为GHC 7.10创建的“call arity”分析。

3. 在任何内联发生之前，GHC会在编译初期执行有限的“完全懒惰”传递。 结果，在循环中多次使用的j和k的常数[1..1000]项被提升出循环。 如果这些计算实际上很昂贵，那将是很好的，但在这种情况下，一遍又一遍地进行添加要便宜得多，而不是保存结果。 以上代码的作用是欺骗GHC。 由于const直到稍后才进行内联，因此第一次完全懒惰传递并未看到列表是常量，因此它不会将它们提升。 我用这种方式写它是因为它很好而且很短，但不可否认的是，它在脆弱的一面。 为了使其更加健壮，请使用分阶段内联：

    main = print $ sum [cmpsum ijk | i <- [1..1000], j <- [1..konst 1000 i], k <- [1..konst 1000 j]] {-# INLINE [1] konst #-} konst = const 

   这保证了konst将在简化阶段1中内联，但不会更早。 第1阶段发生在列表融合完成之后，因此让GHC看到所有内容是完全安全的。

          51,472 bytes allocated in the heap
           3,408 bytes copied during GC
          44,312 bytes maximum residency (1 sample(s))
          17,128 bytes maximum slop
               1 MB total memory in use (0 MB lost due to fragmentation)

                                     Tot time (elapsed)  Avg pause  Max pause
  Gen  0         0 colls,     0 par    0.000s   0.000s     0.0000s    0.0000s
  Gen  1         1 colls,     0 par    0.000s   0.000s     0.0002s    0.0002s

  INIT    time    0.000s  (  0.000s elapsed)
  MUT     time    1.071s  (  1.076s elapsed)
  GC      time    0.000s  (  0.000s elapsed)
  EXIT    time    0.000s  (  0.000s elapsed)
  Total   time    1.073s  (  1.077s elapsed)

  %GC     time       0.0%  (0.0% elapsed)

  Alloc rate    48,059 bytes per MUT second

  Productivity  99.9% of total user, 99.6% of total elapsed

Answer 3

您正在通过生成中间结构（列表）并折叠它来将单个语句上的循环与计数进行比较。 我不知道如果你创建一个迭代了十亿个元素的链表，Java的性能会有多大。

这是Haskell代码（大约）等同于您的Java代码。

{-# LANGUAGE BangPatterns #-}

main = print (loop3 1 1 1 0) 

loop1 :: Int -> Int -> Int -> Int -> Int
loop1 !i !j !k !cc | k <= 1000 = loop1 i j (k+1) (cc + fromEnum (i + j == k))
                   | otherwise = cc 

loop2 :: Int -> Int -> Int -> Int -> Int
loop2 !i !j !k !cc | j <= 1000 = loop2 i (j+1) k (loop1 i j k cc)
                   | otherwise = cc 

loop3 :: Int -> Int -> Int -> Int -> Int
loop3 !i !j !k !cc | i <= 1000 = loop3 (i+1) j k (loop2 i j k cc)
                   | otherwise = cc 

在我的机器上执行（test2是你的Haskell代码）：

$ ghc --make -O2 test1.hs && ghc --make -O2 test2.hs && javac test3.java
$ time ./test1.exe && time ./test2.exe && time java test3
499500

real    0m1.614s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s
499500

real    0m35.922s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s
499500

real    0m1.589s
user    0m0.000s
sys     0m0.015s