performance - Int 和 BigInt 的 Scala 通用数学函数与 @specialized(Int)

Question

我是 scala 的新手，我想知道是否可以定义适用于 BigInt 和 Int 的通用数学函数以及 Int 函数的参数将被视为原语(函数体中没有任何装箱和拆箱)。

所以，例如我可以做类似的事情

def foo[@specialized(Int) T: Numeric](a: T, b: T) = {
  val n = implicitly[Numeric[T]]
  import n._
  //some code with the use of operators '+-*/'
  a * b - a * a + b * b * b
}

//works for primitive Int
val i1 : Int = 1
val i2 : Int = 2
val i3 : Int = foo(i1, i2)

//works for BigInt
val b1 : BigInt = BigInt(1)
val b2 : BigInt = BigInt(2)
val b3 : BigInt = foo(b1, b2)

在 foo 中，我可以对原始 ints 和 BigInts 使用所有数学运算符(这是我需要的)。但是，函数 foo(Int, Int) 编译为以下内容:

 public int foo$mIc$sp(int a, int b, Numeric<Object> evidence$1) {
        Numeric n = (Numeric)Predef..MODULE$.implicitly(evidence$1);
        return BoxesRunTime.unboxToInt((Object)n.mkNumericOps(n.mkNumericOps(n.mkNumericOps((Object)BoxesRunTime.boxToInteger((int)a)).$times((Object)BoxesRunTime.boxToInteger((int)b))).$minus(n.mkNumericOps((Object)BoxesRunTime.boxToInteger((int)a)).$times((Object)BoxesRunTime.boxToInteger((int)a)))).$plus(n.mkNumericOps(n.mkNumericOps((Object)BoxesRunTime.boxToInteger((int)b)).$times((Object)BoxesRunTime.boxToInteger((int)b))).$times((Object)BoxesRunTime.boxToInteger((int)b))));
}

而不是普通的:

//this is what I really need and expect from `@specialized(Int)`
public int foo$mIc$sp(int a, int b) {
   return a * b - a * a + b * b * b;
}

这使得 @specialized(Int) 无用，因为所有这些(非)装箱和不必要的调用 n.mkNumericOps(...) 的性能低得令人无法接受。

那么，有没有一种方法可以实现像 foo 这样的泛型函数，它将编译为原始类型的“原样”代码？

Answer 1

问题是 Numeric typeclass 不是特化的。

如果您想进行高性能的通用数学运算，我强烈推荐 spire数学图书馆。

它有一个非常精细的数学类型类层次结构，而不仅仅是数字。

下面是您的示例使用 spire 时的样子:

import spire.implicits._ // typeclass instances etc.
import spire.syntax._    // syntax such as +-*/
import spire.algebra._   // typeclassses such as Field

def foo[@specialized T: Field](a: T, b: T) = {
  //some code with the use of operators '+-*/'
  a * b - a * a + b * b * b
}

这里你是说必须有一个Field T.Field 的实例指的是 algebraic concept .

Spire 是高度模块化的:

• spire.algebra 包含许多众所周知的代数概念，例如群、域等，编码为 scala 类型类

• spire.syntax 包含向类型类实例可用的类型添加运算符和其他语法的隐式转换

• spire.implicits 包含 spire.algebra 中类型类的实例，用于 JVM 原语等常见类型。

这就是您需要三个导入的原因。

关于性能:如果您的代码是专用的，并且您正在使用基元，那么性能将与直接使用基元完全相同。

下面是专门用于 Int 的 foo 方法的代码:

public int foo$mIc$sp(int, int, spire.algebra.Field<java.lang.Object>);
  Code:
     0: aload_3
     1: aload_3
     2: aload_3
     3: iload_1
     4: iload_2
     5: invokeinterface #116,  3          // InterfaceMethod spire/algebra/Field.times$mcI$sp:(II)I
    10: aload_3
    11: iload_1
    12: iload_1
    13: invokeinterface #116,  3          // InterfaceMethod spire/algebra/Field.times$mcI$sp:(II)I
    18: invokeinterface #119,  3          // InterfaceMethod spire/algebra/Field.minus$mcI$sp:(II)I
    23: aload_3
    24: aload_3
    25: iload_2
    26: iload_2
    27: invokeinterface #116,  3          // InterfaceMethod spire/algebra/Field.times$mcI$sp:(II)I
    32: iload_2
    33: invokeinterface #116,  3          // InterfaceMethod spire/algebra/Field.times$mcI$sp:(II)I
    38: invokeinterface #122,  3          // InterfaceMethod spire/algebra/Field.plus$mcI$sp:(II)I
    43: ireturn

请注意，没有装箱，调用接口(interface)调用将由 JVM 内联。