Учебник по Haskell

там сверху уже лежит контекст самой первой функции. Мы можем продолжать вычисления. Так происходит

вычисление вложенных функций в императивных языках программирования.

В куче мы храним разные данные. Данные бывают статическими (они нужны нам на протяжении выполне-

ния всей программы) и динамическими (время жизни динамических данных заранее неизвестно, например

это могут быть отложенные вычисления, мы не знаем когда ни нам понадобятся). У кучи также две опера-

ции: выделить блок памяти, эта операция принимает размер блока и возвращает адрес, по которому удалось

выделить память, и освободить память по указанному адресу. Регистры находятся в процессоре. В них можно

записывать и читать данные, при этом операции обращения к регистрам будут происходить очень быстро.

Посмотрим как GHC справляется с переводом процесса редукции синонимов на язык понятный нашему

компьютеру. Язык обновления стека и кучи. Это большая и трудная глава, читайте не спеша. Если покажется

совсем трудно – пропустите, вернётесь потом, когда захочется писать не только красивые, но и эффективные

программы.

10.1 Этапы компиляции

Рассмотрим этапы компиляции программы (рис. 10.1).

На первых трёх этапах происходит проверка ошибок. Сначала мы строим синтаксическое дерево про-

граммы. Если мы нигде не забыли скобки, не ошиблись в простановке ключевых слов, то этот этап успешно

| 155

Файл .hs

Построение синтаксического дерева

Разрешение имён

Проверка типов

Устранение синтаксического сахара

Core

Упрощение Core

Генерация кода для ghci

STG

Генерация Cmm

C

Native

LLVM

Рис. 10.1: Этапы компиляции

завершится. Далее мы приписываем ко всем функциям их полные имена. Дописываем перед всеми опреде-

лениями имя модуля, в котором они определены. Обычно на этом этапе нам сообщают о том, что мы забыли

определить какую-нибудь функцию, часто это связано с простой опечаткой. Следующий этап – самый важ-

ный. Происходит вывод типов для всех значений и проверка программы по типам. Блок кода, отвечающий

за проверку типов, является самым большим в GHC. Haskell имеет очень развитую систему типов. Многих

возможностей мы ещё не коснулись, часть из них мы рассмотрим в главе 17. Допустим, что мы исправили

все ошибки связанные с типами, тогда компилятор начнёт переводить Haskell в Core.

Core – это функциональный язык программирования, который является сильно урезанной версией

Haskell. Помните мы говорили, что в Haskell поддерживается несколько стилей (композиционный и декла-

ративный). Что хорошо для программиста, не очень хорошо для компилятора. Компилятор устраняет весь

синтаксический сахар и выражает все определения через простейшие конструкции языка Core. Далее проис-

ходит серия оптимизаций языка Core. На дереве описания программы выполняется серия функций типа Core

-> Core. Например происходит замена вызовов коротких функций на их правые части урвнений (встраивание

или inlining), выражения, которые проводят декомпозицию в case-выражениях по константам, заменяются

на соответствующие этим константам выражения. По требованию GHC может провести анализ строгости

(strictness analysis). Он заключается в том, что GHC ищет аргументы функций, которые могут быть вычисле-

ны более эфективно с помощью вычисления по значению и расставляет анотации строгости. И многие многие

другие оптимизации кода. Все они представлены в виде преобразования синтаксического дерева программы.

Также этот этап называют упрощением программы.

После этого Core переводится на STG. Это функциональный язык, повторяющий Core. Он содержит допол-

нительную информацию, которая необходима низкоуровневым бибилиотекам на этапе вычисления програм-

мы. Затем из STG генерируется код языка C–. Это язык низкого уровня, “портируемый ассемблер”. На этом

языке не пишут программы, он предназначен для автоматической генерации кода. Далее из него получают

другие низкоуровневые коды. Возможна генерация C, LLVM и нативного кода (код, который исполняется

операционной системой).

10.2 Язык STG

STG расшифровывается как Spineless Tagless G-machine. G-machine или Г-машина – это низкоуровневое

описание процесса редукции графов (от Graph). Пока мы называли этот процесс редукцией синонимов.

Spineless и Tagless – это термины специфичные для G-машины, которая была придумана разработчиками

GHC. Tagless относится к особому представлению объектов в куче (объекты представлены единообразно, так

156 | Глава 10: Реализация Haskell в GHC

что им не нужен специальный тег для обозначения типа объекта), а Spineless относится к тому, что в от-

личие от машин-предшественников, которые описывают процесс редукции графов виде последовательности

инструкций, STG является небольшим функциональным языком. На (рис. ?? ) представлен синтаксис языка

STG. Синтаксис упрощён для чтения людьми. Несмотря на упрощения мы сможем посмотреть как происходит

вычисление выражений.

Переменные x, y, f, g

Конструкторы

C

Объявлены в определениях типов

Литералы

lit

::=

i | d

Незапакованные целые

или действительные числа

Атомы

a, v

::=

lit | x

Аргументы функций атомарны

Арность функции

k

::=

•