用于性能的 defclass 类型信息答案

【问题标题】：defclass type information for performance用于性能的 defclass 类型信息
【发布时间】：2014-04-14 13:03:45
【问题描述】：

在下面的程序中，删除该行

    (declare (type (simple-array bit) arr))

使用 SBCL 使运行时间增加了 3 倍以上。另一方面，defclass 宏中通过:type 提供的类型信息似乎对性能没有影响。

(defclass class-1 () ((arr :type (simple-array bit))))

(defun sample (inst)
  (declare (type class-1 inst))
  (let ((arr (slot-value inst 'arr)))
    (declare (type (simple-array bit) arr)) ;; 3x running time without
    (map-into arr #'(lambda (dummy) (if (< (random 1.0) 0.5) 0 1)) arr)))

(let ((inst (make-instance 'class-1)))
  (setf (slot-value inst 'arr) (make-array 10000 :element-type 'bit))
  (loop for i from 1 to 10000 do (sample inst)))

如何在每次使用时不必将arr 插槽声明为simple-array bit 的情况下获得相同的性能优势？后者特别烦人，因为（据我所知）每次都需要通过let 或类似方式引入绑定；我不能只在需要的地方写(slot-value inst 'arr)。

【问题讨论】：

标签： performance common-lisp sbcl typing clos

【解决方案1】：

首先，这是一个特定于 SBCL 的问题，您可能会在 SBCL 用户列表上得到更好的答案。不同的编译器会做不同的优化，并且大多数都会忽略至少一些声明。

第二次，你应该 let-bind arr 因为你使用了两次。

第三，如果要避免let-bind，可以使用the：

(the (simple-array bit) (slot-value inst 'arr))

第四，如果希望编译器推断类型，请使用特定的阅读器而不是slot-value：

(defclass c () ((arr :type (simple-array bit) :reader c-arr)))

(defun sample (inst)
  (declare (type class-1 inst))
  (let ((arr (c-arr inst)))
    (map-into arr #'(lambda (dummy) (random 2)) arr)))

c-arr 应该允许编译器更容易地推断值类型，但是（正如您自己发现的那样！）您可能需要声明其返回类型：

(declaim (ftype (function (c) (simple-array bit)) c-arr))

显然，原因是 SBCL 忽略了槽类型声明。

【讨论】：

使用阅读器是个好主意，但它对我没有直接作用。然而，起作用的是阅读器加上以下内容，使用您的类和函数名称：(declaim (ftype (function ((c)) (simple-array bit)) c-arr))。有了这个，即使:type 和(declare (type class-1 inst)) 也可以省略。
应该是(declaim (ftype (function (c) (simple-array bit)) c-arr))。两者似乎都有效，我不知道为什么。以前没用过那个表格。

【解决方案2】：

添加类型信息会产生不同的效果，具体取决于您使用的编译器以及生效的优化级别。

对于优化编译器，它可能如下所示：

没有信息：通用操作，相当快
类型声明可用：添加了在运行时检查此特定类型的操作 -> 较慢
类型声明可用，高度优化和低安全性：在运行时没有添加操作来类型检查，为此类型生成专门的代码 -> 可能更快

一些编译器也会忽略 CLOS 槽的类型声明。如果他们不这样做，还有两种变体：1）安全意味着添加运行时检查，2）低安全性和高速意味着生成专门的指令

总结：由于添加了类型检查，类型声明可能会增加运行时开销，而且安全性很高。专用数据类型不一定更快，但安全性低，优化度高。

【讨论】：