Question

Thinking Functionally with Haskell提供以下代码，用于计算 Float 列表的平均值。

mean :: [Float] -> Float
mean [] = 0
mean xs = sum xs / fromIntegral (length xs)

教授。理查德伯德评论：

现在我们已经准备好了解真正意义上的错误：它有空间泄漏。评估mean [1..1000]将导致列表在求和后被扩展并保留在内存中，因为有一个指向它的第二个指针，即计算其长度。

如果我正确地理解了这个文本，他说，如果在长度计算中没有指向xs的指针，那么{/ 1}}内存可以在 >计算xs？

我的困惑是 - 如果sum已经在内存中，那么xs函数是不是只使用已经被占用的相同内存？

我不明白这里的空间泄漏。

Answer 1

sum函数不需要将整个列表保存在内存中;它可以一次查看一个元素，然后在移动到下一个元素时忘记它。

因为默认情况下Haskell具有惰性求值，如果你有一个创建列表的函数，sum可以使用它而不需要整个列表在内存中（每次生成函数生成一个新元素时，它将由sum消耗然后释放。

length完全相同。

另一方面，mean功能会将列表提供给sum和length。因此，在评估sum期间，我们需要将列表保留在内存中，以便稍后length处理。

[更新]要明确，列表最终会被垃圾收集。问题是它比需要的时间长。在这种简单的情况下，这不是一个问题，但是在无限流上运行的更复杂的函数中，这很可能会导致内存泄漏。

Answer 2

其他人已经解释了问题所在。最干净的解决方案可能是使用Gabriel Gonzalez的foldl package。具体来说，您将要使用

import qualified Control.Foldl as L
import Control.Foldl (Fold)
import Control.Applicative

meanFold :: Fractional n => Fold n (Maybe n)
meanFold = f <$> L.sum <*> L.genericLength where
  f _ 0 = Nothing
  f s l = Just (s/l)

mean :: (Fractional n, Foldable f) => f n -> Maybe n
mean = L.fold meanFold

Answer 3

如果xs计算中没有指向length的指针，那么在计算xs之后，sum内存可能已被释放 }？

不，你在这里错过了懒惰评估的重要方面。你是对的length将使用与sum调用期间分配的内存相同的内存，即我们扩展整个列表的内存。

但这里的重点是，根本不需要为整个列表分配内存。如果没有length计算而只有sum，那么内存可能会在计算sum 期间被释放。请注意，列表[1..1000]仅在消耗时才生成，因此实际上mean [1..1000]应该在恒定空间中运行。

您可以编写如下函数，以了解如何避免此类空间泄漏：

import Control.Arrow mean [] = 0 mean xs = uncurry (/) $ foldr (\x -> (x+) *** (1+)) (0, 0) xs -- or more verbosely mean xs = let (sum, len) = foldr (\x (s, l) -> (x+s, 1+l)) (0, 0) in sum / len

应该遍历xs一次。但是，Haskell非常懒惰 - 仅在评估sum时才计算第一个元组组件，而仅在len后计算第二元组件。我们需要use some more tricks来实际强制进行评估：

{-# LANGUAGE BangPatterns #-} import Data.List mean [] = 0 mean xs = uncurry (/) $ foldl' (\(!s, !l) x -> (x+s, 1+l)) (0,0) xs

真正在恒定空间中运行，因为您可以使用:set +s在ghci中确认。

Answer 4

空间泄漏是整个评估的xs被保存在length函数的内存中。这很浪费，因为我们在评估sum后不会使用列表的实际值，也不会同时在内存中使用它们，但Haskell不知道这一点。

删除空间泄漏的方法是每次重新计算列表：

sum [1..1000] / fromIntegral (length [1..1000])

现在，应用程序可以在评估sum时立即开始丢弃第一个列表中的值，因为它未在表达式中的任何其他位置引用。

同样适用于length。它生成的thunk可以立即标记为删除，因为没有其他任何东西可能希望它进一步评估。

编辑：

在Prelude中实施sum：

sum l = sum' l 0
  where
    sum' []     a = a
    sum' (x:xs) a = sum' xs (a+x)

懒惰评估 - 空间泄漏

4 个答案: