Optimization 引导循环不变码运动出GHC

我一直在努力解决GHC中的低级手动循环优化问题。我的程序包含一些执行数值计算的循环。真实数据被包装在其他数据结构中，程序被分解为“循环控制流函数”和“计算函数”，这样一些数据结构字段最终会在内部循环中读取。我希望GHC将这些读数移出内部循环。下面是代码的简化版本，以显示发生了什么

data D = D !Double !C
data C = C Double

-- This function is called in every loop iteration.
-- Parameter 'c' is loop-invariant.
exampleLoopBody i a c =
  case c of C b -> a + b * fromIntegral i

-- The body of this function is a counted loop that should be optimized
foo x =
  case x
  of D acc0 c ->
    let loop i acc =
          if i > 100
          then acc
          else loop (i+1) (exampleLoopBody i acc c)
    in loop 0 acc0

每个循环迭代都计算cb的情况c，但这是冗余计算，因为c是循环不变的。我可以通过在循环外放置一个冗余的大小写表达式，使GHC将其取出：

foo x =
  case x
  of D acc0 c ->
    case c             -- This case statement inserted for optimization purposes
    of C b -> b `seq`  -- It will read 'b' outside of the loop
      let loop i acc =
           if i > 100
           then acc
           else loop (i+1) (exampleLoopBody i acc c)
      in loop 0 acc0

编译器内联线

exampleLoopBody

。之后，内部case语句是多余的，并被消除：

foo x =
  case x
  of D acc0 c ->
    case c
    of C b -> b `seq`
      let loop i acc =
            if i > 100
            then acc
            else loop (i+1) (acc + b * fromIntegral i) -- The inlined case expression disappears
      in loop 0 acc0

seq

的目的是确保大小写表达式不是死代码。

seq

检查

b

是否为

|

。GHC注意到，由于已计算了

b

，因此在循环体中重用该值很有用

现在，问题来了：我真的希望所有相关的数据字段都要严格。如果我在数据定义中插入严格性注释，如下所示

data C = C !Double

那么，就GHC而言，

seq

和

案例c/b

没有任何影响。GHC删除了它们，我得到：

foo x =
  case x
  of D acc0 c ->
    let loop i acc =
          if i > 100
          then acc
          else loop (i+1) (case c of C b -> acc + b * fromIntegral i) -- Evaluate the case in every iteration
     in loop 0 acc0

这段代码在每次迭代中都对cb的案例c求值，这正是我试图避免的

---

如果我不能依赖于

seq

，我不知道如何强制在循环体之外计算

b

。在这种情况下，我可以使用一些技巧吗？

您可以尝试重新排列参数并将循环变量部分移动到lambda中：

-- note the order of the arguments changed
exampleLoopBody (C b) =
  \i a -> a + b * fromIntegral i

foo (D acc0 c) =
    let
       loopBody = exampleLoopBody c 
       loop i acc =
          if i > 100
         then acc
         else loop (i+1) (loopBody i acc)
   in loop 0 acc0

---

此外，这段代码此时建立了一个大的未赋值表达式，因此您可能希望每次通过循环时强制使用累加器参数。

这看起来基本上是将整个原因

newtype

放在该语言中的。只需更改

数据C=C！Double

到

newtype C=C Double

并编写代码的原始版本。类型为

C

的值上的所有

case

表达式都将被删除。请注意，示例中的代码模式：

case foo of
    D acc0 c -> case c of
        C b -> ...

可以更简洁地写：

case foo of
    D acc0 (C b) -> ...

---

您正在使用哪个GHC版本？在7.4.1和7.2.2的每次迭代中，我都得到了不错的内核，没有

case

。纯未装箱的

Double#

s.@DanielFischer我使用的是7.0.3，其中一个

Double

s在经过简化程序后装箱。仅供参考，我的实际用例实际上涉及静态大小的向量，例如

Cons-Double（Cons-Double-Nil）

。我可以试着在一个更新的GHC中运行它，看看会发生什么。嗯，我也得到了一个7.0.4版本的未绑定循环。

$wfoo

worker有一个装箱参数（也有7.4.1和7.2.2），但是循环本身是

letrec

在里面，并接受一个未装箱的

Double

（另一个

Double

是静态的，偶数）。是的，

$wfoo

有一个装箱参数，循环获取并返回unbox

Double#

s。

$wfoo

的装箱参数由循环体内部的

大小写

解除装箱。对我来说，

大小写

在循环体外部。它会是32位还是64位？你的操作系统是什么？我问这个问题时可能把问题简化得太多了。在实际程序中，

foo

是一个多态函数。

c

的类型各不相同，可能有多个字段。