矢量

Question

我想问你Haskell和C ++编译器是否可以用同样的方式优化函数调用。请看下面的代码。在下面的示例中，Haskell明显快于C ++。

我听说Haskell可以编译为LLVM，可以通过LLVM传递进行优化。另外我听说Haskell有一些重要的优化。但是以下示例应该能够以相同的性能工作。我想问一下：

为什么我在C ++中的样本基准测试比Haskell中的开启要慢？
是否可以进一步优化代码？

（我正在使用LLVM-3.2和GHC-7.6）。

C ++代码：

#include <cstdio>
#include <cstdlib>

int b(const int x){
    return x+5;
}

int c(const int x){
    return b(x)+1;
}

int d(const int x){
    return b(x)-1;
}

int a(const int x){
    return c(x) + d(x);
}

int main(int argc, char* argv[]){
    printf("Starting...\n");
    long int iternum = atol(argv[1]);
    long long int out = 0;
    for(long int i=1; i<=iternum;i++){
        out += a(iternum-i);
    }
    printf("%lld\n",out);
    printf("Done.\n");
}

使用clang++ -O3 main.cpp

haskell代码：

module Main where
import qualified Data.Vector as V
import System.Environment
b :: Int -> Int
b x = x + 5
c x = b x + 1
d x = b x - 1
a x = c x + d x
main = do
   putStrLn "Starting..."
   args <- getArgs
   let iternum = read (head args) :: Int in do
      putStrLn $ show $ V.foldl' (+) 0 $ V.map (\i -> a (iternum-i))
         $ V.enumFromTo 1 iternum
      putStrLn "Done."

使用ghc -O3 --make -fforce-recomp -fllvm ghc-test.hs

速度结果：

enter image description here

Running testcase for program 'cpp/a.out'
-------------------
cpp/a.out 100000000      0.0%   avg time: 105.05 ms 
cpp/a.out 200000000      11.11% avg time: 207.49 ms 
cpp/a.out 300000000      22.22% avg time: 309.22 ms 
cpp/a.out 400000000      33.33% avg time: 411.7 ms 
cpp/a.out 500000000      44.44% avg time: 514.07 ms 
cpp/a.out 600000000      55.56% avg time: 616.7 ms 
cpp/a.out 700000000      66.67% avg time: 718.69 ms
cpp/a.out 800000000      77.78% avg time: 821.32 ms 
cpp/a.out 900000000      88.89% avg time: 923.18 ms 
cpp/a.out 1000000000     100.0% avg time: 1025.43 ms


Running testcase for program 'hs/main'
-------------------
hs/main 100000000    0.0%   avg time: 70.97 ms (diff: 34.08)
hs/main 200000000    11.11% avg time: 138.95 ms (diff: 68.54)
hs/main 300000000    22.22% avg time: 206.3 ms (diff: 102.92)
hs/main 400000000    33.33% avg time: 274.31 ms (diff: 137.39)
hs/main 500000000    44.44% avg time: 342.34 ms (diff: 171.73)
hs/main 600000000    55.56% avg time: 410.65 ms (diff: 206.05)
hs/main 700000000    66.67% avg time: 478.25 ms (diff: 240.44)
hs/main 800000000    77.78% avg time: 546.39 ms (diff: 274.93)
hs/main 900000000    88.89% avg time: 614.12 ms (diff: 309.06)
hs/main 1000000000   100.0% avg time: 682.32 ms (diff: 343.11)

修改当然，我们无法比较语言的速度，而是实现的速度。

但我很好奇Ghc和C ++编译器能否以同样的方式优化函数调用

我根据您的帮助使用新的基准和代码编辑了问题：）

Answer 1

如果你的目标是让你的C ++编译器运行得那么快，那么你我希望使用编译器可以使用的数据结构。

module Main where

import qualified Data.Vector as V

b :: Int -> Int
b x = x + 5
c x = b x + 1
d x = b x - 1

a x = c x + d x

main = do
    putStrLn "Starting..."
    putStrLn $ show $ V.foldl' (+) 0 $ V.map a $ V.enumFromTo 1 100000000
    putStrLn "Done."

GHC能够完全消除循环，只需插入一个常量最终的组件。在我的计算机上，现在它的运行时间为＆lt; 0.002s，何时使用与最初指定的相同的优化标志。

作为后续基于@Yuras的评论，由核心产生的核心基于矢量的解决方案和流融合解决方案在功能上相同。

矢量

main_$s$wfoldlM'_loop [Occ=LoopBreaker]
  :: Int# -> Int# -> Int#

main_$s$wfoldlM'_loop =
  \ (sc_s2hW :: Int#) (sc1_s2hX :: Int#) ->
    case <=# sc1_s2hX 100000000 of _ {
      False -> sc_s2hW;
      True ->
        main_$s$wfoldlM'_loop
          (+#
             sc_s2hW
             (+#
                (+# (+# sc1_s2hX 5) 1)
                (-# (+# sc1_s2hX 5) 1)))
          (+# sc1_s2hX 1)
    }

流融合

$wloop_foldl [Occ=LoopBreaker]
  :: Int# -> Int# -> Int#

$wloop_foldl =
  \ (ww_s1Rm :: Int#) (ww1_s1Rs :: Int#) ->
    case ># ww1_s1Rs 100000000 of _ {
      False ->
        $wloop_foldl
          (+#
             ww_s1Rm
             (+#
                (+# (+# ww1_s1Rs 5) 1)
                (-# (+# ww1_s1Rs 5) 1)))
          (+# ww1_s1Rs 1);
      True -> ww_s1Rm
    }

唯一真正的区别是选择比较操作终止条件。两个版本都编译为紧密尾递归循环这可以通过LLVM轻松优化。

Answer 2

ghc不会融合列表（不惜一切代价避免成功？）

以下是使用stream-fusion包的版本：

module Main where

import Prelude hiding (map, foldl)
import Data.List.Stream
import Data.Stream (enumFromToInt, unstream)
import Text.Printf
import Control.Exception
import System.CPUTime

b :: Int -> Int
b x = x + 5
c x = b x + 1
d x = b x - 1

a x = c x + d x

main = do
    putStrLn "Starting..."
    putStrLn $ show $ foldl (+) 0 $ map (\z -> a z) $ unstream $ enumFromToInt 1 100000000 
    putStrLn "Done."

我没有安装llvm来与你的结果进行比较，但它比你的版本快10倍（没有llvm编译）。

我认为矢量融合的表现应该更快。

Answer 3

正如其他人所指出的，你不是在比较等效的算法。由于Yuras pointed out GHC不会使列表融合。你的Haskell版本实际上将分配整个列表，它将一次懒惰地完成一个单元格，但它将完成。下面的版本在算法上更接近您的C版本。在我的系统上，它与C版本同时运行。

{-# LANGUAGE BangPatterns #-}
module Main where

import Text.Printf
import Control.Exception
import System.CPUTime
import Data.List

a,b,c :: Int -> Int
b x = x + 5
c x = b x + 1
d x = b x - 1

a !x = c x + d x

-- Don't allocate a list, iterate and increment as the C version does.
applyTo !acc !n
    | n > 100000000 = acc
    | otherwise = applyTo (acc + a n) (n + 1)

main = do
    putStrLn "Starting..."
    print $ applyTo 0 1
    putStrLn "Done."

将其与time进行比较：

    ghc -O3 bench.hs -fllvm -fforce-recomp -o bench-hs && time ./bench-hs
[1 of 1] Compiling Main             ( bench.hs, bench.o )
Linking bench-hs ...
Starting...
10000001100000000
Done.
./bench-hs  0.00s user 0.00s system 0% cpu 0.003 total

与C相比：

clang++ -O3 bench.cpp -o bench && time ./bench                                   
Starting...
10000001100000000
Done.
./bench  0.00s user 0.00s system 0% cpu 0.004 total

Haskell可以像Clang / GCC一样优化函数调用吗？

3 个答案:

矢量

流融合