Подтвердить что ты не робот

Сколько накладных расходов вызывает функциональные вызовы в Haskell?

Я новичок в Haskell, и меня озадачивает стоимость вызова функции, которая кажется мне совершенно необоснованной, и заставляет меня думать, что я делаю что-то принципиально неправильное.

Рассмотрим следующий код Haskell:

module Main where
logistic x = 4.0*x*(1.0-x)

lg :: Double -> Int -> Double
lg !x 0 = x
lg !x !n = lg (logistic x) (n-1)

main = putStrLn $ show $ lg 0.7861 100000000

Компиляция с помощью команды

 ghc -O3 -XBangPatterns -o tsths tst.hs

и запустив его, я получаю:

real    0m15.904s
user    0m15.853s
sys     0m0.016s

Если вместо вызова функции logistic, я вычисляю выражение inline:

module Main where

lg :: Double -> Int -> Double
lg !x 0 = x
lg !x !n = lg (4.0*x*(1.0-x)) (n-1)

main = putStrLn $ show $ lg 0.7861 100000000

время выполнения:

real    0m0.838s
user    0m0.828s
sys     0m0.004s

что в точности совпадает с эквивалентной программой C, которая является

#include <stdio.h>

int main() {
   int i, num=100000000;
   double x=0.7861;
   for (i=0; i<num; ++i)
      x *= 4.0*(1.0-x);
   printf("%lg\n", x);
}

Я делаю что-то ужасно неправильно?

Большое спасибо.

4b9b3361

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Добавьте подпись типа к logistic, и вы увидите ускорение. Позвольте мне использовать CPP, чтобы продемонстрировать разницу.

bash> cat tst.hs
module Main where

#if defined(SIG)
logistic :: Double -> Double
#endif
logistic x = 4.0*x*(1.0-x)

lg :: Double -> Int -> Double
lg !x 0 = x
lg !x !n = lg (logistic x) (n-1)

main = putStrLn $ show $ lg 0.7861 100000000


bash> ghc --version
The Glorious Glasgow Haskell Compilation System, version 7.4.1

Если скомпилировано без определения SIG (подпись типа исключена):

bash> ghc -O3 -XBangPatterns -XCPP -o tsths tst.hs
[1 of 1] Compiling Main             ( tst.hs, tst.o )
Linking tsths ...


bash> time ./tsths
0.34209286442469333

real    0m13.187s
user    0m13.177s
sys 0m0.008s

Теперь давайте скомпилируем с SIG, чтобы подпись была включена:

bash> rm tsths *.o *.hi


bash> ghc -O3 -XBangPatterns -XCPP -DSIG -o tsths tst.hs
[1 of 1] Compiling Main             ( tst.hs, tst.o )
Linking tsths ...
bash> time ./tsths
0.34209286442469333

real    0m0.464s
user    0m0.440s
sys 0m0.020s

Не знаю, почему GHC не оптимизирует его без подписи; ограничение мономорфизма должно в любом случае ограничивать его Double -> Double.

Ответ 2

Это ошибка в GHC-7.4.1. Глядя на сгенерированное ядро ​​(важно только ядро ​​для функции lg, из GHC-7.4.2 мы получаем

Main.lg3 :: GHC.Types.Double
[GblId,
 Unf=Unf{Src=<vanilla>, TopLvl=True, Arity=0, Value=False,
         ConLike=False, Cheap=False, Expandable=False,
         Guidance=IF_ARGS [] 30 0}]
Main.lg3 = GHC.Float.$w$cfromRational Main.lg4 Main.lg2

Main.lg1 :: GHC.Types.Double
[GblId,
 Unf=Unf{Src=<vanilla>, TopLvl=True, Arity=0, Value=False,
         ConLike=False, Cheap=False, Expandable=False,
         Guidance=IF_ARGS [] 30 0}]
Main.lg1 = GHC.Float.$w$cfromRational Main.lg2 Main.lg2

Main.$wlg :: GHC.Prim.Double# -> GHC.Prim.Int# -> GHC.Prim.Double#
[GblId,
 Arity=2,
 Str=DmdType LL,
 Unf=Unf{Src=<vanilla>, TopLvl=True, Arity=2, Value=True,
         ConLike=True, Cheap=True, Expandable=True,
         Guidance=IF_ARGS [0 30] 158 0}]
Main.$wlg =
  \ (ww_s1Oy :: GHC.Prim.Double#) (ww1_s1OC :: GHC.Prim.Int#) ->
    case ww1_s1OC of ds_Xvs {
      __DEFAULT ->
        case Main.lg3 of _ { GHC.Types.D# x_awJ ->
        case Main.lg1 of _ { GHC.Types.D# x1_awV ->
        letrec {
          $wlg1_X1PF [Occ=LoopBreaker]
            :: GHC.Prim.Double# -> GHC.Prim.Int# -> GHC.Prim.Double#
          [LclId, Arity=2, Str=DmdType LL]
          $wlg1_X1PF =
            \ (ww2_X1Pv :: GHC.Prim.Double#) (ww3_X1PA :: GHC.Prim.Int#) ->
              case ww3_X1PA of ds1_Xwr {
                __DEFAULT ->
                  $wlg1_X1PF
                    (GHC.Prim.*##
                       (GHC.Prim.*## x_awJ ww2_X1Pv) (GHC.Prim.-## x1_awV ww2_X1Pv))
                    (GHC.Prim.-# ds1_Xwr 1);
                0 -> ww2_X1Pv
              }; } in
        $wlg1_X1PF
          (GHC.Prim.*##
             (GHC.Prim.*## x_awJ ww_s1Oy) (GHC.Prim.-## x1_awV ww_s1Oy))
          (GHC.Prim.-# ds_Xvs 1)
        }
        };
      0 -> ww_s1Oy
    }

два верхних уровня Double и достойный цикл.

GHC-7.4.1 был немного слишком инкрустирован - счастлив, что произвел

Rec {
Main.$wlg [Occ=LoopBreaker]
  :: GHC.Prim.Double# -> GHC.Prim.Int# -> GHC.Prim.Double#
[GblId, Arity=2, Str=DmdType LL]
Main.$wlg =
  \ (ww_s1NS :: GHC.Prim.Double#) (ww1_s1NW :: GHC.Prim.Int#) ->
    case ww1_s1NW of ds_Xvb {
      __DEFAULT ->
        case GHC.Float.$wfromRat'' (-1021) 53 Main.logistic4 Main.logistic2
        of ww2_a1Mt { __DEFAULT ->
        case GHC.Float.$wfromRat'' (-1021) 53 Main.logistic2 Main.logistic2
        of ww3_X1Nq { __DEFAULT ->
        Main.$wlg
          (GHC.Prim.*##
             (GHC.Prim.*## ww2_a1Mt ww_s1NS) (GHC.Prim.-## ww3_X1Nq ww_s1NS))
          (GHC.Prim.-# ds_Xvb 1)
        }
        };
      0 -> ww_s1NS
    }
end Rec }

и дал вам два вызова работнику fromRational на каждой итерации.

Теперь fromRational является довольно сложной функцией. Он все еще довольно медленный, несмотря на то, что он получил гораздо более быструю реализацию в серии 7.2, поэтому эти вызовы сильно пострадали.

С сигнатурой типа не существует Rational констант верхнего уровня, только константы Double, и они затем используются, что, конечно же, не включает безвозмездное замедление.

Ответ 3

Как предложил Дэн Бертон, на самом деле это накладные расходы на полиморфную функцию, поскольку GHC вводит тип logistic :: Fractional a => a -> a. Если вы явно укажете тип, вы обычно включаете как лучшую проверку, так и лучшую оптимизацию. Я считаю, что хорошая практика - явно указать тип функции.

Если вы хотите иметь функцию с полиморфным типом, но имеете полную скорость мономорфного вызова в случае конкретного использования, вы можете использовать SPECIALIZE прагму, но я считаю, что это специфический GHC.

{-# LANGUAGE BangPatterns #-}
module Main where
logistic :: Fractional a => a -> a
{-# SPECIALISE logistic :: Double -> Double #-}
logistic x = 4.0*x*(1.0-x)

lg :: Double -> Int -> Double
lg !x 0 = x
lg !x !n = lg (logistic x) (n-1)

main = putStrLn $ show $ lg 0.7861 100000000

Также обратите внимание, что вы можете указать LANGUAGE pragma в начале файла, чтобы включить шаблоны bang и не нужно включать их в командной строке.

Время на моей машине составляло 21 секунду для оригинала, 0,67 с для явного типа, 0,7 сек для специализации (что в основном одинаково).

Я считаю, что накладные расходы на специализированный вызов очень малы, потому что это просто куча инструкций, которые все равно встраиваются, но полиморфная функция приводит к вызову. Хотя странно, что GHC не может быть встроен, несмотря на полиморфизм.