Haskell与C++中的简单π(x）

Simple π(x) in Haskell vs C++

本文关键字：简单 C++ Haskell      更新时间：2023-10-16

我正在学习Haskell。我的兴趣是把它用于个人计算机实验。现在，我正试着看看哈斯克尔能跑多快。许多人声称与C(++)等同，如果这是真的，我会非常高兴(我应该注意，无论它是否快，我都会使用Haskell，但快仍然是一件好事)。

我的测试程序用一个非常简单的算法实现了π(x)：素数加1。素数在1和√x之间没有整数除数。这不是一场算法之战，这纯粹是为了编译器性能。

Haskell在我的电脑上似乎慢了6倍，这很好(仍然比纯Python快100倍)，但这可能只是因为我是Haskell的新手。

现在，我的问题是：在不更改算法的情况下，如何优化Haskell实现？Haskell的性能真的与C相当吗

这是我的Haskell代码：

import System.Environment
-- a simple integer square root
isqrt :: Int -> Int
isqrt = floor . sqrt . fromIntegral
-- primality test        
prime :: Int -> Bool
prime x = null [x | q <- [3, 5..isqrt x], rem x q == 0]
main = do
n <- fmap (read . head) getArgs
print $ length $ filter prime (2:[3, 5..n])

这是我的C++代码：

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstdlib>
using namespace std;
bool isPrime(int);
int main(int argc, char* argv[]) {
int primes = 10000, count = 0;
if (argc > 1) {
primes = atoi(argv[1]);
}
if (isPrime(2)) {
count++;
}
for (int i = 3; i <= primes; i+=2) {
if (isPrime(i)){
count++;
}
}
cout << count << endl;
return 0;
}
bool isPrime(int x){
for (int i = 2; i <= floor(sqrt(x)); i++) {
if (x % i == 0) {
return false;
}
}
return true;
}

您的Haskell版本正在prime中构建一个惰性列表，只是为了测试它是否为null。这似乎确实是一个瓶颈。以下版本的运行速度与我机器上的C++版本一样快：

prime :: Int -> Bool
prime x = go 3
where
go q | q <= isqrt x = if rem x q == 0 then False else go (q+2)
go _  = True

用-O2编译时为3.31s，而用gcc 4.8编译C++时为3.18s，当n=5000000时为-O3。

当然，"猜测"程序优化缓慢的地方并不是一个很好的方法。幸运的是，Haskell有很好的评测工具。

使用编译和运行

$ ghc --make primes.hs -O2 -prof -auto-all -fforce-recomp && ./primes 5000000 +RTS -p

给出

# primes.prof
Thu Feb 20 00:49 2014 Time and Allocation Profiling Report  (Final)
primes +RTS -p -RTS 5000000
total time  =        5.71 secs   (5710 ticks @ 1000 us, 1 processor)
total alloc = 259,580,976 bytes  (excludes profiling overheads)
COST CENTRE MODULE  %time %alloc
prime.go    Main     96.4    0.0
main        Main      2.0   84.6
isqrt       Main      0.9   15.4
individual     inherited
COST CENTRE MODULE                  no.     entries  %time %alloc   %time %alloc
MAIN        MAIN                     45           0    0.0    0.0   100.0  100.0
main       Main                     91           0    2.0   84.6   100.0  100.0
prime     Main                     92     2500000    0.7    0.0    98.0   15.4
prime.go Main                     93   326103491   96.4    0.0    97.3   15.4
isqrt   Main                     95           0    0.9   15.4     0.9   15.4
--- >8 ---

这清楚地表明CCD_ 4是事物变热的地方。有关评测的更多信息，我将向您介绍真实世界Haskell，第25章。

要真正了解发生了什么，您可以查看GHC的中间语言之一Core，它将向您展示优化后的代码外观。哈斯克尔维基上有一些好的信息。除非必要，否则我不建议这样做，但很高兴知道这种可能性是存在的。

对于您的其他问题：

1) 在不更改算法的情况下，我如何优化Haskell实现？

评测，并尝试编写内部循环，这样它们就不会进行任何内存分配，并且可以由编译器严格控制。这样做需要一些实践和经验。

2) Haskell的性能真的与C相当吗？

这取决于情况。GHC是惊人的，经常可以很好地优化你的程序。如果你知道你在做什么，你通常可以接近优化C的性能(C速度的100%-200%)。也就是说，这些优化并不总是简单或美观的，高级Haskell可能会更慢。但不要忘记，当使用Haskell时，您会获得惊人的表现力和高级抽象。对于除性能最关键的应用程序外的所有应用程序，它通常都足够快，即使这样，您也可以通过一些评测和性能优化来非常接近C。

我不认为Haskell版本(最初的版本，经过第一个答案的改进)与C++版本是等效的。原因是：两者都只考虑第二个元素(在素数函数中)，而C++版本扫描每个元素(在isPrime()函数中只有i++)。

当我修复这个问题时(在C++的isPrime()函数中将i++更改为i+=2)，我的运行时间几乎是优化Haskell版本的1/3(2.1s C++vs 6s Haskell)。

两者的输出保持不变(当然)。请注意，这并不是对C++版本的具体操作，只是对Haskell版本中已经应用的技巧的改编。

相关文章：