Почему этот код на Haskell работает медленнее с -O?
Этот фрагмент кода на Haskell работает намного медленнее -O, но -O должен быть неопасным. Кто-нибудь может сказать мне, что случилось? Если это имеет значение, это попытка решить эту проблему, и она использует бинарный поиск и постоянное дерево сегментов:
import Control.Monad
import Data.Array
data Node =
Leaf Int -- value
| Branch Int Node Node -- sum, left child, right child
type NodeArray = Array Int Node
-- create an empty node with range [l, r)
create :: Int -> Int -> Node
create l r
| l + 1 == r = Leaf 0
| otherwise = Branch 0 (create l m) (create m r)
where m = (l + r) `div` 2
-- Get the sum in range [0, r). The range of the node is [nl, nr)
sumof :: Node -> Int -> Int -> Int -> Int
sumof (Leaf val) r nl nr
| nr <= r = val
| otherwise = 0
sumof (Branch sum lc rc) r nl nr
| nr <= r = sum
| r > nl = (sumof lc r nl m) + (sumof rc r m nr)
| otherwise = 0
where m = (nl + nr) `div` 2
-- Increase the value at x by 1. The range of the node is [nl, nr)
increase :: Node -> Int -> Int -> Int -> Node
increase (Leaf val) x nl nr = Leaf (val + 1)
increase (Branch sum lc rc) x nl nr
| x < m = Branch (sum + 1) (increase lc x nl m) rc
| otherwise = Branch (sum + 1) lc (increase rc x m nr)
where m = (nl + nr) `div` 2
-- signature said it all
tonodes :: Int -> [Int] -> [Node]
tonodes n = reverse . tonodes' . reverse
where
tonodes' :: [Int] -> [Node]
tonodes' (h:t) = increase h' h 0 n : s' where s'@(h':_) = tonodes' t
tonodes' _ = [create 0 n]
-- find the minimum m in [l, r] such that (predicate m) is True
binarysearch :: (Int -> Bool) -> Int -> Int -> Int
binarysearch predicate l r
| l == r = r
| predicate m = binarysearch predicate l m
| otherwise = binarysearch predicate (m+1) r
where m = (l + r) `div` 2
-- main, literally
main :: IO ()
main = do
[n, m] <- fmap (map read . words) getLine
nodes <- fmap (listArray (0, n) . tonodes n . map (subtract 1) . map read . words) getLine
replicateM_ m $ query n nodes
where
query :: Int -> NodeArray -> IO ()
query n nodes = do
[p, k] <- fmap (map read . words) getLine
print $ binarysearch (ok nodes n p k) 0 n
where
ok :: NodeArray -> Int -> Int -> Int -> Int -> Bool
ok nodes n p k s = (sumof (nodes ! min (p + s + 1) n) s 0 n) - (sumof (nodes ! max (p - s) 0) s 0 n) >= k
(Это точно такой же код с обзором кода, но этот вопрос решает другую проблему.)
Это мой входной генератор в C++:
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
using namespace std;
int main (int argc, char * argv[]) {
srand(1827);
int n = 100000;
if(argc > 1)
sscanf(argv[1], "%d", &n);
printf("%d %d\n", n, n);
for(int i = 0; i < n; i++)
printf("%d%c", rand() % n + 1, i == n - 1 ? '\n' : ' ');
for(int i = 0; i < n; i++) {
int p = rand() % n;
int k = rand() % n + 1;
printf("%d %d\n", p, k);
}
}
Если у вас нет доступного компилятора C++, это результат./gen.exe 1000,
Это результат выполнения на моем компьютере:
$ ghc --version
The Glorious Glasgow Haskell Compilation System, version 7.8.3
$ ghc -fforce-recomp 1827.hs
[1 of 1] Compiling Main ( 1827.hs, 1827.o )
Linking 1827.exe ...
$ time ./gen.exe 1000 | ./1827.exe > /dev/null
real 0m0.088s
user 0m0.015s
sys 0m0.015s
$ ghc -fforce-recomp -O 1827.hs
[1 of 1] Compiling Main ( 1827.hs, 1827.o )
Linking 1827.exe ...
$ time ./gen.exe 1000 | ./1827.exe > /dev/null
real 0m2.969s
user 0m0.000s
sys 0m0.045s
И это резюме профиля кучи:
$ ghc -fforce-recomp -rtsopts ./1827.hs
[1 of 1] Compiling Main ( 1827.hs, 1827.o )
Linking 1827.exe ...
$ ./gen.exe 1000 | ./1827.exe +RTS -s > /dev/null
70,207,096 bytes allocated in the heap
2,112,416 bytes copied during GC
613,368 bytes maximum residency (3 sample(s))
28,816 bytes maximum slop
3 MB total memory in use (0 MB lost due to fragmentation)
Tot time (elapsed) Avg pause Max pause
Gen 0 132 colls, 0 par 0.00s 0.00s 0.0000s 0.0004s
Gen 1 3 colls, 0 par 0.00s 0.00s 0.0006s 0.0010s
INIT time 0.00s ( 0.00s elapsed)
MUT time 0.03s ( 0.03s elapsed)
GC time 0.00s ( 0.01s elapsed)
EXIT time 0.00s ( 0.00s elapsed)
Total time 0.03s ( 0.04s elapsed)
%GC time 0.0% (14.7% elapsed)
Alloc rate 2,250,213,011 bytes per MUT second
Productivity 100.0% of total user, 83.1% of total elapsed
$ ghc -fforce-recomp -O -rtsopts ./1827.hs
[1 of 1] Compiling Main ( 1827.hs, 1827.o )
Linking 1827.exe ...
$ ./gen.exe 1000 | ./1827.exe +RTS -s > /dev/null
6,009,233,608 bytes allocated in the heap
622,682,200 bytes copied during GC
443,240 bytes maximum residency (505 sample(s))
48,256 bytes maximum slop
3 MB total memory in use (0 MB lost due to fragmentation)
Tot time (elapsed) Avg pause Max pause
Gen 0 10945 colls, 0 par 0.72s 0.63s 0.0001s 0.0004s
Gen 1 505 colls, 0 par 0.16s 0.13s 0.0003s 0.0005s
INIT time 0.00s ( 0.00s elapsed)
MUT time 2.00s ( 2.13s elapsed)
GC time 0.87s ( 0.76s elapsed)
EXIT time 0.00s ( 0.00s elapsed)
Total time 2.89s ( 2.90s elapsed)
%GC time 30.3% (26.4% elapsed)
Alloc rate 3,009,412,603 bytes per MUT second
Productivity 69.7% of total user, 69.4% of total elapsed
1 ответ
Я думаю, пришло время получить правильный ответ на этот вопрос.
Что случилось с вашим кодом с -O
Позвольте мне увеличить вашу основную функцию и переписать ее немного:
main :: IO ()
main = do
[n, m] <- fmap (map read . words) getLine
line <- getLine
let nodes = listArray (0, n) . tonodes n . map (subtract 1) . map read . words $ line
replicateM_ m $ query n nodes
Понятно, что здесь предполагается, что NodeArray создается один раз, а затем используется в каждом из m вызовы query,
К сожалению, GHC эффективно преобразовывает этот код в
main = do
[n, m] <- fmap (map read . words) getLine
line <- getLine
replicateM_ m $ do
let nodes = listArray (0, n) . tonodes n . map (subtract 1) . map read . words $ line
query n nodes
и вы можете сразу увидеть проблему здесь.
Что такое хакерство состояния и почему оно снижает производительность моих программ?
Причина в том, что государство взломало, что говорит (примерно): "Когда что-то имеет тип IO a Предположим, он вызывается только один раз ". Официальная документация не намного сложнее:
-fno-state-hackОтключите "взлом состояния", при котором любая лямбда с токеном State # в качестве аргумента считается однократной, поэтому считается вполне допустимым встраивать вещи в нее. Это может повысить производительность кода моно ввода-вывода и ST, но при этом существует риск уменьшения общего доступа.
Грубо говоря, идея заключается в следующем: если вы определяете функцию с IO тип и предложение where, например
foo x = do
putStrLn y
putStrLn y
where y = ...x...
Что-то типа IO a можно рассматривать как что-то типа RealWord -> (a, RealWorld), С этой точки зрения, выше становится (примерно)
foo x =
let y = ...x... in
\world1 ->
let (world2, ()) = putStrLn y world1
let (world3, ()) = putStrLn y world2
in (world3, ())
Вызов foo будет (как правило) выглядеть так foo argument world, Но определение foo принимает только один аргумент, а другой позже используется только локальным лямбда-выражением! Это будет очень медленный вызов foo, Было бы намного быстрее, если бы код выглядел так:
foo x world1 =
let y = ...x... in
let (world2, ()) = putStrLn y world1
let (world3, ()) = putStrLn y world2
in (world3, ())
Это называется eta-расширением и выполняется по разным причинам (например, анализируя определение функции, проверяя, как она вызывается, и - в данном случае - эвристику, ориентированную на тип).
К сожалению, это снижает производительность, если вызов foo на самом деле имеет форму let fooArgument = foo argument с аргументом, но нет world прошло (пока). В оригинальном коде, если fooArgument затем используется несколько раз, y будет по-прежнему рассчитываться только один раз и делиться. В измененном коде y будет пересчитываться каждый раз - именно то, что случилось с вашим nodes,
Можно ли все исправить?
Возможно. Смотрите #9388 для попытки сделать это. Проблема с его исправлением заключается в том, что во многих случаях это приводит к снижению производительности, когда преобразование происходит нормально, хотя компилятор не может этого точно знать. И, возможно, есть случаи, когда это технически не в порядке, то есть совместное использование потеряно, но это все еще выгодно, потому что ускорение от более быстрого вызова перевешивает дополнительные затраты на пересчет. Так что не понятно куда идти отсюда.