在 Haskell 中从多个值返回中提取值是否会多次调用该函数？

Question

为了披露，我对 Haskell 相当陌生，正在弄清楚语法。让我用一个例子来说明我的问题。假设您有一个函数，它返回多个值的元组或具有多个字段的数据类型。

let
    tuple = functionWhichReturnsTuple
    value1 = fst tuple
    value2 = snd tuple
in
    otherFunction value1 value2

一旦执行“in”块中的行，“functionWhichReturnsTuple”是否会被调用两次，一次用于 value1，一次用于 value2？如果是这样，在不启动多个函数调用的情况下一次提取多个值的更好方法是什么？

Answer 1

这确实是一个微妙的点。这里要记住的关键事实是：

1. 从结果（即语义）的角度来看，

   functionWhichReturnsTuple

   被调用多少次并不重要：即使

   functionWhichReturnsTuple

   被调用两次，它也总是返回相同的结果，因为Haskell是引用透明的。这是纯函数式编程的主要特征：当使用相同的参数调用函数时，函数总是返回相同的结果。

2. 从性能的角度来看，它确实很重要。多次调用函数意味着重新计算相同的结果，因此会显着减慢程序速度。如果这种情况发生在递归函数的每一步，复杂性可能会从线性增加到指数。

现在，编译器尝试优化性能，因此它会尽可能避免重新计算结果。除了一些晦涩的情况之外，它只会计算定义

x = ....

一次。让我们考虑一下您的代码：

tuple = functionWhichReturnsTuple
value1 = fst tuple
value2 = snd tuple

在 Haskell 中，当需要一个值时，计算是从外部触发的：这可能是因为模式匹配，因为一些严格的函数（如

+

上的

Int

），因为我们要在 上打印一个值屏幕等 假设需要

value1

。然后，GHC 计算

fst tuple

，这又会要求计算

tuple

，强制对

functionWhichReturnsTuple

进行评估。当返回

(2,73)

时，GHC 会有效地重写定义来存储结果：

tuple = (2, 73)
value1 = 3
value2 = snd tuple  -- still to be evaluated

这样，如果稍后还需要

value2

，我们可以访问已经计算出的

tuple

并得到

73

。无需重新计算函数。

（挑剔：上面我忽略了这样一个事实：由于懒惰，元组可能只评估一个组件。但这与这个问题并不真正相关。）

最后，上面我提到了“几个不起眼的案例”。在某些情况下，优化器不能仅调用该函数一次。当函数是多态（“通用”）时，可能会发生这种情况。考虑这段代码：

dup :: a -> (a,a)
dup x = (x,x)

tuple :: forall a . Num a => (a,a)
tuple = dup (1+2)
value1 :: forall a . Num a => a
value1 = fst tuple
value2 :: forall a . Num a => a
value2 = snd tuple

在这里，类型是多态的（

forall a . ...

），并且完全有可能稍后我们为

value1

和

value2

选择两种不同的类型！

例如在

print (value1 :: Int, value2 :: Double)

。

在这种情况下，我们必须在

(1+2)

和

Int

上计算

Double

。优化无法阻止这种情况。

dup

也必须调用两次。

这里的问题是，多态值可能看起来像普通值，但实际上是伪装的函数。上面的

tuple

就像一个函数，期望传递类型

a

，并返回该类型内的元组。上面我们看到

tuple

的定义被重写，但这只是因为它是一个非函数值而发生：GHC 不会尝试重写函数的定义，因为下次可能会使用不同的参数调用它们。 由于多态值是伪装的函数，因此它们不会被重写，并且在每次使用时都会重新计算。

最后，请注意 Haskell 定义并不强制要求重新计算发生或不发生。 GHC 优化器可以完全自由地执行任何操作，因此我们上面讨论的内容并不完全是一成不变的。通常，优化器会做得很好。它总是避免重新计算非多态值。在某些情况下，它甚至可能避免重新计算多态，但我们不应该过度依赖它。