haskell - 有限制的特化

Question

我在让 GHC 专门化具有类约束的函数时遇到问题。我在这里有一个最小的问题示例:Foo.hs和 Main.hs 。这两个文件编译(GHC 7.6.2，ghc -O3 Main)并运行。

注意:Foo.hs 确实被精简了。如果你想了解为什么需要约束，可以看多一点代码 here 。如果我将代码放在单个文件中或进行许多其他细微更改，GHC 只会内联对 plusFastCyc 的调用。这在实际代码中不会发生，因为 plusFastCyc 太大，GHC 无法内联，即使标记为 INLINE 也是如此。重点是专门对plusFastCyc的调用，而不是内联它。 plusFastCyc 在实际代码中的很多地方都会被调用，因此即使我可以强制 GHC 这样做，复制这么大的函数也是不可取的。

感兴趣的代码是 Foo.hs 中的 plusFastCyc，复制如下:

{-# INLINEABLE plusFastCyc #-}
{-# SPECIALIZE plusFastCyc :: 
         forall m . (Factored m Int) => 
              (FastCyc (VT U.Vector m) Int) -> 
                   (FastCyc (VT U.Vector m) Int) -> 
                        (FastCyc (VT U.Vector m) Int) #-}

-- Although the next specialization makes `fcTest` fast,
-- it isn't useful to me in my real program because the phantom type M is reified
-- {-# SPECIALIZE plusFastCyc :: 
--          FastCyc (VT U.Vector M) Int -> 
--               FastCyc (VT U.Vector M) Int -> 
--                    FastCyc (VT U.Vector M) Int #-}

plusFastCyc :: (Num (t r)) => (FastCyc t r) -> (FastCyc t r) -> (FastCyc t r)
plusFastCyc (PowBasis v1) (PowBasis v2) = PowBasis $ v1 + v2

Main.hs 文件有两个驱动程序:vtTest(运行时间约为 3 秒)和 fcTest(运行时间约为 83 秒)使用 -O3 使用 forall'd 专门化进行编译时的秒数。

core shows对于 vtTest 测试，附加代码专门用于 Int 上的 Unboxed 向量，等等，而通用向量代码用于 fcTest。在第 10 行，您可以看到 GHC 确实编写了 plusFastCyc 的专用版本，与第 167 行的通用版本相比。专门化的规则位于第 225 行。我相信该规则应该在第 270 行触发。(main6 调用 iterate main8 y，因此 main8是 plusFastCyc 应该专门化的地方。)

我的目标是通过专门化 plusFastCyc 使 fcTest 与 vtTest 一样快。我找到了两种方法来做到这一点:

1. 在 fcTest 中从 GHC.Exts 显式调用内联。
2. 删除 plusFastCyc 上的 Factored m Int 约束。

选项1不能令人满意，因为在实际代码库中，plusFastCyc是一个经常使用的操作，并且是一个非常大的函数，因此不应该在每次使用时都内联它。相反，GHC 应该调用 plusFastCyc 的专门版本。选项 2 并不是真正的选项，因为我需要实际代码中的约束。

我尝试了使用(和不使用)INLINE、INLINABLE 和 SPECIALIZE 的各种选项，但似乎没有任何效果。 (编辑:我可能删除了太多的plusFastCyc以使我的示例变小，因此INLINE可能会导致函数被内联。这在我的真实代码中不会发生，因为 plusFastCyc 太大了。)在这个特定的示例中，我没有得到任何 match_co: needs more cases或RULE: LHS too complicated to desugar (和 here )警告，尽管在最小化示例之前我收到了许多 match_co 警告。据推测，“问题”是规则中的 Factored m Int 约束；如果我更改该约束，fcTest 的运行速度将与 vtTest 一样快。

我是否在做 GHC 不喜欢的事情？为什么 GHC 不专门化 plusFastCyc，我该如何制作它？

更新

该问题在 GHC 7.8.2 中仍然存在，因此这个问题仍然相关。

Answer 1

GHC 还提供了一个选项来SPECIALIZE 类型类实例声明。我用 Foo.hs 的(扩展)代码尝试了这一点，输入以下内容:

instance (Num r, V.Vector v r, Factored m r) => Num (VT v m r) where 
    {-# SPECIALIZE instance ( Factored m Int => Num (VT U.Vector m Int)) #-}
    VT x + VT y = VT $ V.zipWith (+) x y

但是，这一更改并未达到预期的加速效果。实现性能改进的方法是手动添加具有相同函数定义的VT U.Vector m Int类型的专用实例，如下所示:

instance (Factored m Int) => Num (VT U.Vector m Int) where 
    VT x + VT y = VT $ V.zipWith (+) x y

这需要在 LANGUAGE 中添加 OverlappingInstances 和 FlexibleInstances。

有趣的是，在示例程序中，即使删除每个 SPECIALIZE 和 INLINABLE 编译指示，通过重叠实例获得的加速仍然保留。