令人费解的Haskell内存行为

Question

我试图比较Haskell列表和数组的性能并遇到一种奇怪的行为。  我观察到，如果我创建一个数组然后打印它需要'x'MB的内存，但如果我使用'elems'函数将数组转换为一个列表然后打印它需要小于'x'的内存。  是不是'elems'函数应该从数组中创建一个新列表？它不应该占用比不创建列表的功能更多的空间吗？  我正在使用-O2和-fspec-constr优化标志。我也使用-p标志来分析函数。

这是没有中间列表的代码，

fun  n = runST $  do
      final_soln <- newArray_ ((1,1), (n, (10 ^ n))) :: ST s ((STUArray s)  (Int,Int) Int)
      U.unsafeFreeze final_soln

main = do 
    [n] <- getArgs
    {-#  SCC "file-writing" #-} (writeFile "cprod-starray-creation.txt"  $ show $ fun (read n))

这是包含中间列表的代码

fun :: Int -> UArray (Int,Int) Int
fun  n = runST $  do
      final_soln <- newArray_ ((1,1), (n, (10 ^ n))) :: ST s ((STUArray s)  (Int,Int) Int)
      U.unsafeFreeze final_soln

main = do 
    [n] <- getArgs
    {-#  SCC "file-writing" #-} (writeFile "cprod-starray-creation.txt"  $ show $ elems $ fun (read n))

提前致谢

Answer 1

第一个变种中缺乏懒惰，这不是你的错。将运行的分析输出（+RTS -hd）与参数6进行比较，得出第一个提示：

是第一个代码的分析输出，而

是第二个代码的结果。数组本身（ARR_WORDS）在两者中占用相同的空间。您还会看到第一个代码生成:构造函数的大型列表（Int构造函数可识别）（恰好有Int#}。

现在这不能是打印的最终字符串，因为那将是Char s（使用构造函数C#）。它也可以不是数组中的元素列表，因为数组包含零，垃圾收集器有一个小Int的缓存（在[-16,16]范围内），它将使用而不是分配（或实际上不是复制）新的构造函数。

另请注意，:构造函数大约需要24MB，I#构造函数大约需要16MB。知道前者需要3个单词而后两个单词，并且我机器上的一个单词长8个字节，我们发现列表长度为100000 = 10 ^ 6个元素。因此，非常好的候选者是第二个索引参数的范围。

那么这个阵列在哪里？让我们跟踪您对show：

的来电

showsIArray :: (IArray a e, Ix i, Show i, Show e) => Int -> a i e -> ShowS
showsIArray p a =
    showParen (p > 9) $
    showString "array " .
    shows (bounds a) .
    showChar ' ' .
    shows (assocs a)

（来自Data.Array.Base的代码）。很明显，罪魁祸首必须在assocs电话中，所以这里有来源：

assocs :: (IArray a e, Ix i) => a i e -> [(i, e)]
assocs arr = case bounds arr of
    (l,u) -> [(i, arr ! i) | i <- range (l,u)]

由于我们正在寻找索引列表，range调用看起来很可疑。为此，我们必须研究GHC.Arr的来源（不幸的是，它已经搞砸了）：

instance (Ix a, Ix b) => Ix (a, b) where
    range ((l1,l2),(u1,u2)) = [ (i1,i2) | i1 <- range (l1,u1), i2 <- range (l2,u2) ]

现在我们找到了罪魁祸首：在此处，range (l2,u2)将为索引的第一个组件中的每个步骤评估列表[1..1000000]和共享。

现在我猜你会好奇地试图在第二个代码中放置assocs而不是elems，并期待那里的空间泄漏。但你不会看到它。原因是show没有内联，但assocs本身被内联，然后还有一大堆其他函数，包括range有效避免共享。你可以通过将-ddump-rule-firings传递给GHC来看到（某种程度上）：

$ ghc --make -O2 -fspec-constr -ddump-rule-firings -fforce-recomp code2.hs -prof -fprof-auto
[1 of 1] Compiling Main             ( code2.hs, code2.o )
Rule fired: SPEC GHC.Arr.$fIx(,)
Rule fired: unpack
Rule fired: Class op fail
Rule fired: unpack
Rule fired: Class op show
Rule fired: Class op newArray_
Rule fired: unsafeFreeze/STUArray
Rule fired: Class op >>=
Rule fired: Class op >>=
Rule fired: Class op showList
Rule fired: Class op rangeSize
Rule fired: Class op rangeSize
Rule fired: Class op bounds
Rule fired: Class op bounds
Rule fired: Class op numElements
Rule fired: Class op index
Rule fired: Class op unsafeAt
Rule fired: Class op range
Rule fired: fold/build
Rule fired: SPEC GHC.Real.^
Rule fired: unpack-list
Rule fired: foldr/app
Rule fired: unpack-append
Rule fired: foldr/app
Rule fired: unpack-append
Rule fired: >#
Rule fired: >#
Rule fired: x# <=# x#
Rule fired: x# -# x#
Rule fired: 0# *# x#
Rule fired: 0# +# x#
Linking code2 ...