Haskell 编译器魔法：编译器需要特殊处理什么？答案

【问题标题】：Haskell compiler magic: what requires a special treatment from the compiler?Haskell 编译器魔法：编译器需要特殊处理什么？
【发布时间】：2016-03-02 00:56:16
【问题描述】：

在尝试学习 Haskell 时，出现的困难之一是当某些事情需要编译器提供特殊魔法时的能力。想到的一个例子是无法定义的seq 函数，即您不能使seq2 函数的行为与内置seq 完全相同。因此，在向某人介绍seq 时，您需要提及seq 是特殊的，因为它是编译器的特殊符号。

另一个例子是 do-notation，它只适用于 Monad 类的实例。

有时，这并不总是显而易见的。例如，延续。编译器是否知道 Control.Monad.Cont 或者您可以自己发明的普通的旧 Haskell？在这种情况下，我认为编译器不需要什么特别的东西，即使延续是一种非常奇怪的野兽。

抛开语言扩展，Haskell 学习者应该注意哪些其他编译器魔法？

【问题讨论】：

显而易见：IO 任何合理的“魔法”定义都属于“魔法”：reddit.com/r/haskell/comments/450baq/…。还有ST monad，这可能更神奇。
STM 怎么样？和流融合？
我不确定我是否会称之为流融合魔法。您可以创建自己的重写规则，因此这更像是语言的工具而不是魔法（至少在 GHC 扩展的 Haskell 中）。此外，如果事情是间接的、间接的魔法，只是因为他们使用了其他魔法，那么看起来几乎所有东西都是魔法，因为你最终最终会到达IO。当然，STM 可能更偏向于魔法方面，因为它可能在某些时候在内部直接使用像 State# RealWorld 这样的东西。
GHC 开发人员通常称之为“魔法”的东西是那些从编译器得到特殊处理的东西。 Coercible（定义为data，并神奇地更改为k -> k -> Constraint）和lazy（“神奇地”使GHC认为函数是惰性的）就是很好的例子。
请参阅here 了解 GHC 源代码中定义原始标识符（即函数）的部分。也许唯一令人惊讶的原始事物是($) :: (a -> b) -> (a -> b)。

标签： haskell ghc

【解决方案1】：

几乎所有不能在用户空间中实现的 ghc 原语都在 ghc-prim 包中。（它甚至还有一个名为 GHC.Magic 的模块！）

所以浏览一下会很有感觉。

请注意，除非您确切知道自己在做什么，否则您应该不要在用户空间代码中使用此模块。其中大部分可用的东西都以base 的形式导出到下游模块中，有时以修改后的形式。这些下游位置和 API 被认为更稳定，而 ghc-prim 不保证它在不同版本之间的行为方式。

特定于 GHC 的内容在 GHC.Exts 中重新导出，但许多其他内容进入 Prelude（例如基本数据类型，以及 seq）或并发库等。

【讨论】：

【解决方案2】：

多态seq 绝对是神奇的。您可以为任何特定类型实现seq，但只有编译器可以为所有可能的类型实现一个函数[并避免优化它即使它看起来没有操作]。

显然，整个 IO monad 非常神奇，并发和并行性（par、forkIO、MVar）、可变存储、异常抛出和捕获、查询垃圾收集器和运行-时间统计等。

IO monad 可以被认为是ST monad 的一个特例，这也是一个神奇的例子。（它允许真正可变的存储，这需要低级的东西。）

另一方面，State monad 是完全普通的用户级代码，任何人都可以编写。 Cont monad 也是如此。各种异常/错误单子也是如此。

与语法（do-blocks、list comprehensions）有关的任何事情都被硬连接到语言定义中。（但请注意，其中一些响应LANGUAGE RebindableSyntax，这使您可以更改它绑定到的功能。）还有deriving 的东西；编译器“知道”一些特殊类以及如何为它们自动生成实例。 newtype 的派生适用于 any 类。（它只是将实例从一种类型复制到该类型的另一个相同副本。）

数组是硬连线的。就像所有其他编程语言一样。

所有的外来函数接口显然都是硬连线的。

STM 可以在用户代码中实现（我已经做到了），但它目前是硬连线的。（我想这会带来显着的性能优势。我还没有尝试过实际测量它。）但是，从概念上讲，这只是一种优化。您可以使用现有的低级并发原语来实现它。

【讨论】：