在Haskell中快速更新大状态

Question

对于我在Haskell中的矢量图形库，我必须携带一个相当大的状态：线条描边参数，颜色，剪辑路径等。我知道两种方法。引用Haskell-cafe的评论：“我建议您使用具有可变状态的读取器monad，或使用具有不可变状态的状态monad”。

这是我的问题：更新一个大的不可变状态是一个性能杀戮。使用大量的STRef就像在Haskell中编写C一样：它冗长而丑陋。

这是不可变状态：

data GfxState = GfxState {
  lineWidth :: Double,
  lineCap :: Int,
  color :: Color,
  clip :: Path,
  ...
}

setLineWidth :: Double -> State GfxState ()
setLineWidth x = modify (\state -> state { lineWidth = x })

据我所知，“state {lineWidth = x}”创建一个新的GfxState并让旧的GfxState被垃圾收集。当状态很大并经常更新时，这会导致性能下降。

这是可变状态：

data GfxState s = GfxState {
  lineWidth :: STRef s Double,
  lineCap   :: STRef s Int,
  color     :: STRef s Color,
  clip      :: STRef s Path,
  ...
  many more STRefs
}

setLineWidth :: GfxState s -> Double -> ST s ()
setLineWidth state x = writeSTRef (lineWidth state) x

现在我得到（GfxState s）和（ST s）以及（STRef s）到处都是，这是冗长，令人困惑的，并且打败了编写简短和富有表现力的代码的精神。我可以使用C + FFI来读取和更新大状态，但由于我经常遇到这种模式，我希望有更好的方法。

Answer 1

首先，我要问你是刚刚声称它会变慢，还是你的个人资料或至少注意到性能问题？否则猜测或做出假设并不是特别有用。无论如何，我建议您对数据进行分组，当您将相关数据（如与行相关的数据）分组到记录中时，您的结构看起来就像是完全平坦的。

您可能还希望分离真正需要处于状态monad中的位和其他不属于读取器/写入器monad的位并使用monad变换器组合它们。关于代码的优雅，我建议使用（一流/更高阶）记录库，如fclabels。

我在一些小项目中大量使用状态monad（在一个monad变换器的堆栈中），我还没有注意到任何性能问题。

最后，您可以使用修改而不是get / put对。

Answer 2

即使你的记录中有很多字段，“创建一个新字段”只是意味着复制指针。并且“让旧的垃圾收集”只是意味着为GHC的世代垃圾收集器处理速度非常快的方式为每个指针释放几个字节。这一切都归结为一些机器指令。因此，即使是图形应用程序，也很可能根本不会破坏您的性能。

如果您确定它确实会对性能产生影响，请将字段组织到树中。您可以使用嵌套的data类型创建固定形状的树，甚至只使用Data.IntMap。这将为您提供log n / 2指针副本的平均值。如果你知道某些字段被更频繁地访问，你可以做得更好。

这将是一个非常罕见的应用程序，其状态非常复杂，其性能要求非常高，唯一的选择是STRef字段。但很高兴知道该选项就在那里。

Answer 3

顺便说一下，如果您担心性能问题，您当然应该通过拆箱来改进数据类型表示：

data GfxState = GfxState {
  lineWidth :: {-# UNPACK #-}!Double,
  lineCap   :: {-# UNPACK #-}!Int,
  color     :: {-# UNPACK #-}!Color,
  clip      :: Path,
  ...
}

通过解压缩构造函数，您可以从这样的堆结构中提高数据密度：

更密集，更严格：

现在所有原子类型都布局在连续的内存插槽中。更新此类型将更快！ BTW，461 ..是pi字段的Word表示，我的查看器库中的错误

您还可以减少空间泄漏的可能性。

传递这种结构的成本将非常便宜，因为组件将存储在寄存器中。