Le ottimizzazioni del compilatore, come ghc -O2, possono modificare l'ordine (tempo o memoria) di un programma?

Question

Ho la sensazione che la risposta sia sì, e che non sia limitata a Haskell. Ad esempio, l'ottimizzazione della chiamata di coda modifica i requisiti di memoria da O (n) a O (l), giusto?

La mia precisa preoccupazione è: nel contesto Haskell, cosa si prevede di capire sulle ottimizzazioni del compilatore quando si ragiona su prestazioni e dimensioni di un programma?

In Schema, è possibile dare per scontate alcune ottimizzazioni, come il TCO, dato che si sta utilizzando un interprete/compilatore conforme alle specifiche.

Answer 1

Sì, in particolare GHC esegui analisi severità, che può ridurre drasticamente l'utilizzo dello spazio di un programma con pigrizia volute da O (n) a O (1).

Ad esempio, considerare questo programma banale:

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

Poiché sum non presume che l'operatore aggiunta è rigida, (potrebbe essere utilizzato con un'istanza Num per cui (+) è pigrizia), causerà un numero elevato di thunk da allocare. Senza le ottimizzazioni abilitate, l'analisi della severità non viene eseguita.

$ 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 

Tuttavia, se si compila con le ottimizzazioni abilitata, l'analizzatore severità determinerà che, dal momento che stiamo usando l'operatore di aggiunta per Integer, che è noto per essere rigorosi, il compilatore sa che è sicuro di valutare la thunk in anticipo, quindi il programma viene eseguito in uno spazio costante.

$ 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 

Nota che possiamo ottenere lo spazio costante anche senza ottimizzazioni, se aggiungiamo il rigore a noi stessi:

$ 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 

Rigore tende ad essere un problema più grande di chiamate di coda, che aren't really a useful concept in Haskell, a causa della valutazione di Haskell modello.