Question

我只是对Haskell中列表的一些确切实现细节感到好奇（GHC特定的答案很好） - 它们是天真的链接列表，还是有任何特殊的优化？更具体地说：

length和(!!)（例如）是否必须遍历列表？
如果是这样，他们的值是否以任何方式缓存（即，如果我两次调用length，它是否必须迭代两次）？
访问列表背面是否涉及遍历整个列表？
是否记住了无限列表和列表推导？（即，对于fib = 1:1:zipWith (+) fib (tail fib)，每个值是递归计算的，还是依赖于先前的计算值？）

非常感谢任何其他有趣的实施细节。提前谢谢！

Answer 1

列表在Haskell中没有特殊的操作处理。它们的定义如下：

data List a = Nil | Cons a (List a)

只需使用一些特殊符号：[a]为List a，[]为Nil，(:)为Cons。如果您定义了相同的并重新定义了所有操作，那么您将获得完全相同的性能。

因此，Haskell列表是单链接的。由于懒惰，它们通常用作迭代器。 sum [1..n]在常量空间中运行，因为此列表的未使用前缀随着总和的进展而被垃圾收集，并且在需要之前不会生成尾部。

对于＃4： Haskell中的所有值都被记忆，但函数没有为其参数保留备忘录表。所以当你像你一样定义fib时，结果将被缓存，并且第n个斐波那契数将在O（n）时间内被访问。但是，如果您以这种明显相同的方式定义它：

-- Simulate infinite lists as functions from Integer
type List a = Int -> a

cons :: a -> List a -> List a
cons x xs n | n == 0    = x
            | otherwise = xs (n-1)

tailF :: List a -> List a
tailF xs n = xs (n+1)

fib :: List Integer
fib = 1 `cons` (1 `cons` (\n -> fib n + tailF fib n))

（请花点时间注意与定义的相似性）

然后不共享结果，并且将在O（fib n）（指数）时间访问第n个斐波纳契数。您可以说服函数与data-memocombinators等记忆库共享。

Answer 2

据我所知（我不知道这有多少是针对GHC的）

length和(!!) DO必须遍历列表。
我认为列表没有任何特殊优化，但有一种技术适用于所有数据类型。

如果您有类似
的内容
```
foo xs = bar (length xs) ++ baz (length xs)
```
然后length xs将被计算两次。

但如果你有了
```
foo xs = bar len ++ baz len
  where len = length xs
```
然后它只会被计算一次。
是
是的，一旦计算了命名值的一部分，它就会被保留，直到名称超出范围。（该语言不要求这样，但这是我理解实现行为的方式。）

Answer 3

如果是这样，他们的值是否以任何方式缓存（即，如果我调用两次长度，它是否必须迭代两次）？

GHC does not perform full Common Subexpression Elimination。例如：

{-# NOINLINE aaaaaaaaa #-}
aaaaaaaaa :: [a] -> Int
aaaaaaaaa x = length x + length x

{-# NOINLINE bbbbbbbbb #-}
bbbbbbbbb :: [a] -> Int
bbbbbbbbb x = l + l where l = length x

main = bbbbbbbbb [1..2000000] `seq` aaaaaaaaa [1..2000000] `seq` return ()

给予-ddump-simpl：

Main.aaaaaaaaa [NEVER Nothing] :: forall a_adp.
                                  [a_adp] -> GHC.Types.Int
GblId
[Arity 1
 NoCafRefs
 Str: DmdType Sm]
Main.aaaaaaaaa =
  \ (@ a_ahc) (x_adq :: [a_ahc]) ->
    case GHC.List.$wlen @ a_ahc x_adq 0 of ww_anf { __DEFAULT ->
    case GHC.List.$wlen @ a_ahc x_adq 0 of ww1_Xnw { __DEFAULT ->
    GHC.Types.I# (GHC.Prim.+# ww_anf ww1_Xnw)
    }
    }

Main.bbbbbbbbb [NEVER Nothing] :: forall a_ado.
                                  [a_ado] -> GHC.Types.Int
GblId
[Arity 1
 NoCafRefs
 Str: DmdType Sm]
Main.bbbbbbbbb =
  \ (@ a_adE) (x_adr :: [a_adE]) ->
    case GHC.List.$wlen @ a_adE x_adr 0 of ww_anf { __DEFAULT ->
    GHC.Types.I# (GHC.Prim.+# ww_anf ww_anf)
    }

请注意aaaaaaaaa两次调用GHC.List.$wlen。

（事实上，因为x需要保留aaaaaaaaa，所以它比bbbbbbbbb慢2倍。）

如何在Haskell（GHC）中实现列表？

3 个答案: