如何正确使用GHC的SPECIALIZE pragma？ （示例：使用Identity专门化来自monadic的纯函数。）

Question

举个例子，假设我想在列表上写一个monadic和非monadic地图。我将从monadic开始：

import Control.Monad
import Control.Monad.Identity

mapM' :: (Monad m) => (a -> m b) -> ([a] -> m [b])
mapM' _ [] = return []
mapM' f (x:xs) = liftM2 (:) (f x) (mapM f xs)

现在我想重用代码来编写纯map（而不是重复代码）：

map' :: (a -> b) -> ([a] -> [b])
map' f = runIdentity . mapM' (Identity . f)

有必要将map'优化为written explicitly like map is进行优化吗？特别是：

1. 是否有必要写

   {-# SPECIALIZE mapM' :: (a -> Identity b) -> ([a] -> Identity [b]) #-}
   

   或GHC是否优化map'本身（通过完全分解Identity）？

2. 还需要添加其他（更多pragma）吗？

3. 如何根据明确编写的map'代码验证已编译的map的优化程度？

Answer 1

好吧，让我们问编译器本身。

编译模块

module PMap where

import Control.Monad
import Control.Monad.Identity

mapM' :: (Monad m) => (a -> m b) -> ([a] -> m [b])
mapM' _ [] = return []
mapM' f (x:xs) = liftM2 (:) (f x) (mapM f xs)

map' :: (a -> b) -> ([a] -> [b])
map' f = runIdentity . mapM' (Identity . f)

带有ghc -O2 -ddump-simpl -ddump-to-file PMap.hs的

（ghc-7.6.1,7.4.2产生相同的名称除了唯一名称）为map'生成以下核心

PMap.map'
  :: forall a_afB b_afC. (a_afB -> b_afC) -> [a_afB] -> [b_afC]
[GblId,
 Arity=2,
 Caf=NoCafRefs,
 Str=DmdType LS,
 Unf=Unf{Src=<vanilla>, TopLvl=True, Arity=2, Value=True,
         ConLike=True, WorkFree=True, Expandable=True,
         Guidance=IF_ARGS [60 30] 160 40}]
PMap.map' =
  \ (@ a_c) (@ b_d) (f_afK :: a_c -> b_d) (eta_B1 :: [a_c]) ->
    case eta_B1 of _ {
      [] -> GHC.Types.[] @ b_d;
      : x_afH xs_afI ->
        GHC.Types.:
          @ b_d
          (f_afK x_afH)
          (letrec {
             go_ahZ [Occ=LoopBreaker]
               :: [a_c] -> Data.Functor.Identity.Identity [b_d]
             [LclId, Arity=1, Str=DmdType S]
             go_ahZ =
               \ (ds_ai0 :: [a_c]) ->
                 case ds_ai0 of _ {
                   [] ->
                     (GHC.Types.[] @ b_d)
                     `cast` (Sym <(Data.Functor.Identity.NTCo:Identity <[b_d]>)>
                             :: [b_d] ~# Data.Functor.Identity.Identity [b_d]);
                   : y_ai5 ys_ai6 ->
                     (GHC.Types.:
                        @ b_d
                        (f_afK y_ai5)
                        ((go_ahZ ys_ai6)
                         `cast` (<Data.Functor.Identity.NTCo:Identity <[b_d]>>
                                 :: Data.Functor.Identity.Identity [b_d] ~# [b_d])))
                     `cast` (Sym <(Data.Functor.Identity.NTCo:Identity <[b_d]>)>
                             :: [b_d] ~# Data.Functor.Identity.Identity [b_d])
                 }; } in
           (go_ahZ xs_afI)
           `cast` (<Data.Functor.Identity.NTCo:Identity <[b_d]>>
                   :: Data.Functor.Identity.Identity [b_d] ~# [b_d]))
    }

是的，只有cast s，没有真正的开销。您得到的本地工作人员go的行为与map完全相同。

总结：您只需要-O2，并且您可以通过查看核心（-ddump-simpl）来验证代码的优化程度，或者，如果您可以在生产的程序集中阅读它（ -ddump-asm）resp LLVM位代码-ddump-llvm）。

稍微详细说明可能是件好事。关于

  

是否有必要写

{-# SPECIALIZE mapM' :: (a -> Identity b) -> ([a] -> Identity [b]) #-}

     

或GHC是否优化map'本身（通过完全分解身份）？

答案是，如果你在定义一般函数的同一个模块中使用特化，那么一般来说你不需要{-# SPECIALISE #-}编译指示，GHC如果看到任何一个就创建了自己的特化从中受益。在上面的模块中，GHC创建了专门化规则

"SPEC PMap.mapM' [Data.Functor.Identity.Identity]" [ALWAYS]
    forall (@ a_abG)
           (@ b_abH)
           ($dMonad_sdL :: GHC.Base.Monad Data.Functor.Identity.Identity).
      PMap.mapM' @ Data.Functor.Identity.Identity
                 @ a_abG
                 @ b_abH
                 $dMonad_sdL
      = PMap.mapM'_$smapM' @ a_abG @ b_abH

这也有利于定义模块之外mapM' monad的Identity的任何使用（如果使用优化进行编译，并且monad在规则触发时被识别为Identity ）。

但是，如果GHC不能很好地理解专业化的类型，它可能看不到任何好处而且没有专门化（我不知道它是否足以告诉它是否会尝试 - 到目前为止我找到了每次我看一个专业化。）

如果你想确定，请查看核心。

如果您需要在不同模块中进行专业化，GHC在编译定义模块时没有理由专门使用该函数，因此在这种情况下需要编译指示。而不是{-# SPECIALISE #-} pragma要求对一些精选的类型进行专门化，从ghc-7开始，使用{-# INLINABLE #-} pragma可能更好，以便（略微修改）源代码可以在导入模块中访问，这允许对那里的任何所需类型进行特化。

  

还需要添加其他（更多pragma）吗？

不同的用途当然可能需要不同的编译指示，但根据经验，{#- INLINABLE #-}是您最想要的。当然，{-# RULES #-}可以使编译器无法独立完成魔术。

  

如何使用明确编写的map'代码验证已编译的map的优化程度？

• 查看制作的核心，asm或llvm bitcode，无论你最了解哪个（核心相对简单）。
• 根据手写专业化对生成的代码进行基准测试，如果您不确定核心，并且需要知道。最终，除非你在某个阶段（core / cmm / asm / llvm）获得相同的中间结果，否则基准测试是唯一可以确定的方法。