¿Pueden las optimizaciones del compilador, como ghc -O2, cambiar el orden (tiempo o almacenamiento) de un programa?

Question

Tengo la sensación de que la respuesta es sí, y eso no está restringido a Haskell. Por ejemplo, la optimización de la cola de llamadas cambia los requisitos de memoria de O (n) a O (l), ¿verdad?

Mi preocupación precisa es: en el contexto de Haskell, ¿qué se espera que comprenda sobre las optimizaciones del compilador cuando se razona sobre el rendimiento y el tamaño de un programa?

En Scheme, puede dar por hecho algunas optimizaciones, como TCO, dado que está utilizando un intérprete/compilador que cumpla con la especificación.

Answer 1

Sí, en particular GHC realiza análisis rigor, que puede reducir drásticamente el uso de espacio de un programa con la pereza no intencionada de O (n)-O (1).

Por ejemplo, considere este programa trivial:

$ cat LazySum.hs 
main = print $ sum [1..100000] 

Desde sum no asume que el operador de suma es estricta, (que podría ser utilizado con una instancia de Num para los que (+) es perezoso), causará una gran cantidad de thunks para ser asignados. Sin las optimizaciones habilitadas, el análisis de rigurosidad no se realiza.

$ ghc --make LazySum.hs -rtsopts -fforce-recomp 
[1 of 1] Compiling Main    (LazySum.hs, LazySum.o) 
Linking LazySum ... 
$ ./LazySum +RTS -s 
./LazySum +RTS -s 
5000050000 
     22,047,576 bytes allocated in the heap 
     18,365,440 bytes copied during GC 
     6,348,584 bytes maximum residency (4 sample(s)) 
     3,133,528 bytes maximum slop 
       15 MB total memory in use (0 MB lost due to fragmentation) 

    Generation 0: 23 collections,  0 parallel, 0.04s, 0.03s elapsed 
    Generation 1:  4 collections,  0 parallel, 0.01s, 0.02s elapsed 

    INIT time 0.00s ( 0.00s elapsed) 
    MUT time 0.01s ( 0.03s elapsed) 
    GC time 0.05s ( 0.04s elapsed) 
    EXIT time 0.00s ( 0.00s elapsed) 
    Total time 0.06s ( 0.07s elapsed) 

    %GC time  83.3% (58.0% elapsed) 

    Alloc rate 2,204,757,600 bytes per MUT second 

    Productivity 16.7% of total user, 13.7% of total elapsed 

Sin embargo, si se compila con optimizaciones se activa, el analizador de rigurosidad determinará que ya que estamos utilizando el operador de suma para Integer, que es conocido por ser estricto, el compilador sabe que es seguro para evaluar la se dispara antes de tiempo, y entonces el programa se ejecuta en un espacio constante.

$ ghc --make -O2 LazySum.hs -rtsopts -fforce-recomp 
[1 of 1] Compiling Main    (LazySum.hs, LazySum.o) 
Linking LazySum ... 
$ ./LazySum +RTS -s 
./LazySum +RTS -s 
5000050000 
     9,702,512 bytes allocated in the heap 
      8,112 bytes copied during GC 
      27,792 bytes maximum residency (1 sample(s)) 
      20,320 bytes maximum slop 
       1 MB total memory in use (0 MB lost due to fragmentation) 

    Generation 0: 18 collections,  0 parallel, 0.00s, 0.00s elapsed 
    Generation 1:  1 collections,  0 parallel, 0.00s, 0.00s elapsed 

    INIT time 0.00s ( 0.00s elapsed) 
    MUT time 0.01s ( 0.02s elapsed) 
    GC time 0.00s ( 0.00s elapsed) 
    EXIT time 0.00s ( 0.00s elapsed) 
    Total time 0.01s ( 0.02s elapsed) 

    %GC time  0.0% (2.9% elapsed) 

    Alloc rate 970,251,200 bytes per MUT second 

    Productivity 100.0% of total user, 55.0% of total elapsed 

Tenga en cuenta que podemos obtener espacio constante, incluso sin optimizaciones, si añadimos el rigor de nosotros mismos:

$ cat StrictSum.hs 
import Data.List (foldl') 
main = print $ foldl' (+) 0 [1..100000] 
$ ghc --make StrictSum.hs -rtsopts -fforce-recomp 
[1 of 1] Compiling Main    (StrictSum.hs, StrictSum.o) 
Linking StrictSum ... 
$ ./StrictSum +RTS -s 
./StrictSum +RTS -s 
5000050000 
     9,702,664 bytes allocated in the heap 
      8,144 bytes copied during GC 
      27,808 bytes maximum residency (1 sample(s)) 
      20,304 bytes maximum slop 
       1 MB total memory in use (0 MB lost due to fragmentation) 

    Generation 0: 18 collections,  0 parallel, 0.00s, 0.00s elapsed 
    Generation 1:  1 collections,  0 parallel, 0.00s, 0.00s elapsed 

    INIT time 0.00s ( 0.00s elapsed) 
    MUT time 0.00s ( 0.01s elapsed) 
    GC time 0.00s ( 0.00s elapsed) 
    EXIT time 0.00s ( 0.00s elapsed) 
    Total time 0.00s ( 0.01s elapsed) 

    %GC time  0.0% (2.1% elapsed) 

    Alloc rate 9,702,664,000,000 bytes per MUT second 

    Productivity 100.0% of total user, 0.0% of total elapsed 

Rigor tiende a ser un problema más grande que las llamadas de la cola, que aren't really a useful concept in Haskell, debido a la evaluación de Haskell modelo.