[project @ 1996-01-08 20:28:12 by partain]
[ghc-hetmet.git] / ghc / docs / users_guide / sooner.lit
1 %************************************************************************
2 %*                                                                      *
3 \section[sooner-faster-quicker]{Advice on: sooner, faster, smaller, stingier}
4 %*                                                                      *
5 %************************************************************************
6
7 Please advise us of other ``helpful hints'' that should go here!
8
9 %************************************************************************
10 %*                                                                      *
11 \subsection[sooner]{Sooner: producing a program more quickly}
12 \index{compiling faster}
13 \index{faster compiling}
14 %*                                                                      *
15 %************************************************************************
16
17 \begin{description}
18 %----------------------------------------------------------------
19 \item[Don't use \tr{-O} or (especially) \tr{-O2}:]
20 By using them, you are telling GHC that you are willing to suffer
21 longer compilation times for better-quality code.
22
23 GHC is surprisingly zippy for normal compilations without \tr{-O}!
24
25 %----------------------------------------------------------------
26 \item[Use more memory:]
27 Within reason, more memory for heap space means less garbage
28 collection for GHC, which means less compilation time.  If you use
29 the \tr{-Rgc-stats} option, you'll get a garbage-collector report.
30 (Again, you can use the cheap-and-nasty \tr{-optCrts-Sstderr} option to
31 send the GC stats straight to standard error.)
32
33 If it says you're using more than 20\% of total time in garbage
34 collecting, then more memory would help.
35
36 You ask for more heap with the \tr{-H<size>}\index{-H<size> option}
37 option; e.g.: \tr{ghc -c -O -H16m Foo.hs}.
38
39 If GHC persists in being a bad memory citizen, please report it as a
40 bug.
41
42 %----------------------------------------------------------------
43 \item[Don't use too much memory!]
44 As soon as GHC plus its ``fellow citizens'' (other processes on your machine) start
45 using more than the {\em real memory} on your machine, and the machine
46 starts ``thrashing,'' {\em the party is over}.  Compile times will be
47 worse than terrible!  Use something like the csh-builtin \tr{time}
48 command to get a report on how many page faults you're getting.
49
50 If you don't know what virtual memory, thrashing, and page faults are,
51 or you don't know the memory configuration of your machine, {\em
52 don't} try to be clever about memory use: you'll just make your life a
53 misery (and for other people, too, probably).
54
55 %----------------------------------------------------------------
56 \item[Try to use local disks when linking:]
57 Because Haskell objects and libraries tend to be large, it can take
58 many real seconds to slurp the bits to/from an NFS filesystem (say).
59
60 It would be quite sensible to {\em compile} on a fast machine using
61 remotely-mounted disks; then {\em link} on a slow machine that had
62 your disks directly mounted.
63
64 %----------------------------------------------------------------
65 \item[Don't derive \tr{read} for \tr{Text} unnecessarily:]
66 When doing \tr{deriving Text},
67 use \tr{-fomit-derived-read}\index{-fomit-derived-read option}
68 to derive only the \tr{showsPrec} method.  Quicker, smaller code.
69
70 %----------------------------------------------------------------
71 \item[Don't re-export instance declarations:]
72
73 (Note: This recommendation totally violates the Haskell language
74 standard.)
75
76 The Haskell module system dictates that instance declarations are
77 exported and re-exported into interface files with considerable gusto.
78 In a large system, especially one with mutually-recursive modules,
79 this tendency makes your interface files bigger (bad) and decreases
80 the chances that changes will be propagated incorrectly (bad).
81
82 If you wish, you may use a language-violating option,
83 \tr{-fomit-reexported-instances},
84 \index{-fomit-reexported-instances option}
85 to get just the effect you might expect.  It can't help but
86 speed things up.
87
88 %----------------------------------------------------------------
89 \item[GHC compiles some program constructs slowly:]
90 Deeply-nested list comprehensions seem to be one such; in the past,
91 very large constant tables were bad, too.
92
93 We'd rather you reported such behaviour as a bug, so that we can try
94 to correct it.
95
96 The parts of the compiler that seem most prone to wandering off for a
97 long time are the abstract interpreters (strictness and update
98 analysers).  You can turn these off individually with
99 \tr{-fno-strictness}\index{-fno-strictness anti-option} and
100 \tr{-fno-update-analysis}.\index{-fno-update-analysis anti-option}
101
102 If \tr{-ddump-simpl} produces output after a reasonable time, but
103 \tr{-ddump-stg} doesn't, then it's probably the update analyser
104 slowing you down.
105
106 If your module has big wads of constant data, GHC may produce a huge
107 basic block that will cause the native-code generator's register
108 allocator to founder.
109
110 If \tr{-ddump-absC} produces output after a reasonable time, but
111 nothing after that---it's probably the native-code generator.  Bring
112 on \tr{-fvia-C}\index{-fvia-C option} (not that GCC will be that quick about it, either).
113
114 %----------------------------------------------------------------
115 \item[Avoid the consistency-check on linking:]
116 Use \tr{-no-link-chk}\index{-no-link-chk}; saves effort.  This is probably
117 safe in a I-only-compile-things-one-way setup.
118
119 %----------------------------------------------------------------
120 \item[Explicit \tr{import} declarations:]
121 Instead of saying \tr{import Foo}, say
122 \tr{import Foo (...stuff I want...)}.
123
124 Truthfully, the reduction on compilation time will be very small.
125 However, judicious use of \tr{import} declarations can make a
126 program easier to understand, so it may be a good idea anyway.
127 \end{description}
128
129 %************************************************************************
130 %*                                                                      *
131 \subsection[faster]{Faster: producing a program that runs quicker}
132 \index{faster programs, how to produce}
133 %*                                                                      *
134 %************************************************************************
135
136 The key tool to use in making your Haskell program run faster are
137 GHC's profiling facilities, described separately in
138 \sectionref{profiling}.  There is {\em no substitute} for finding
139 where your program's time/space is {\em really} going, as opposed
140 to where you imagine it is going.
141
142 Another point to bear in mind: By far the best way to improve a
143 program's performance {\em dramatically} is to use better algorithms.
144 Once profiling has thrown the spotlight on the guilty
145 time-consumer(s), it may be better to re-think your program than to
146 try all the tweaks listed below.
147
148 Another extremely efficient way to make your program snappy is to use
149 library code that has been Seriously Tuned By Someone Else.  You {\em might} be able
150 to write a better quicksort than the one in the HBC library, but it
151 will take you much longer than typing \tr{import QSort}.
152 (Incidentally, it doesn't hurt if the Someone Else is Lennart
153 Augustsson.)
154
155 Please report any overly-slow GHC-compiled programs.  The current
156 definition of ``overly-slow'' is ``the HBC-compiled version ran
157 faster''...
158
159 \begin{description}
160 %----------------------------------------------------------------
161 \item[Optimise, using \tr{-O} or \tr{-O2}:] This is the most basic way
162 to make your program go faster.  Compilation time will be slower,
163 especially with \tr{-O2}.
164
165 At version~0.26, \tr{-O2} is nearly indistinguishable from \tr{-O}.
166
167 %----------------------------------------------------------------
168 \item[Compile via C and crank up GCC:] Even with \tr{-O}, GHC tries to
169 use a native-code generator, if available.  But the native
170 code-generator is designed to be quick, not mind-bogglingly clever.
171 Better to let GCC have a go, as it tries much harder on register
172 allocation, etc.
173
174 So, when we want very fast code, we use: \tr{-O -fvia-C -O2-for-C}.
175
176 %----------------------------------------------------------------
177 \item[Overloaded functions are not your friend:]
178 Haskell's overloading (using type classes) is elegant, neat, etc.,
179 etc., but it is death to performance if left to linger in an inner
180 loop.  How can you squash it?
181
182 \begin{description}
183 \item[Give explicit type signatures:]
184 Signatures are the basic trick; putting them on exported, top-level
185 functions is good software-engineering practice, anyway.
186
187 The automatic specialisation of overloaded functions should take care
188 of overloaded local and/or unexported functions.
189
190 \item[Use \tr{SPECIALIZE} pragmas:]
191 \index{SPECIALIZE pragma}
192 \index{overloading, death to}
193 (UK spelling also accepted.)  For key overloaded functions, you can
194 create extra versions (NB: more code space) specialised to particular
195 types.  Thus, if you have an overloaded function:
196 \begin{verbatim}
197 hammeredLookup :: Ord key => [(key, value)] -> key -> value
198 \end{verbatim}
199 If it is heavily used on lists with \tr{Widget} keys, you could
200 specialise it as follows:
201 \begin{verbatim}
202 {-# SPECIALIZE hammeredLookup :: [(Widget, value)] -> Widget -> value #-}
203 \end{verbatim}
204
205 To get very fancy, you can also specify a named function to use for
206 the specialised value, by adding \tr{= blah}, as in:
207 \begin{verbatim}
208 {-# SPECIALIZE hammeredLookup :: ...as before... = blah #-}
209 \end{verbatim}
210 It's {\em Your Responsibility} to make sure that \tr{blah} really
211 behaves as a specialised version of \tr{hammeredLookup}!!!
212
213 An example in which the \tr{= blah} form will Win Big:
214 \begin{verbatim}
215 toDouble :: Real a => a -> Double
216 toDouble = fromRational . toRational
217
218 {-# SPECIALIZE toDouble :: Int -> Double = i2d #-}
219 i2d (I# i) = D# (int2Double# i) -- uses Glasgow prim-op directly
220 \end{verbatim}
221 The \tr{i2d} function is virtually one machine instruction; the
222 default conversion---via an intermediate \tr{Rational}---is obscenely
223 expensive by comparison.
224
225 By using the US spelling, your \tr{SPECIALIZE} pragma will work with
226 HBC, too.  Note that HBC doesn't support the \tr{= blah} form.
227
228 A \tr{SPECIALIZE} pragma for a function can be put anywhere its type
229 signature could be put.
230
231 \item[Use \tr{SPECIALIZE instance} pragmas:]
232 Same idea, except for instance declarations.  For example:
233 \begin{verbatim}
234 instance (Eq a) => Eq (Foo a) where { ... usual stuff ... }
235
236 {-# SPECIALIZE instance Eq (Foo [(Int, Bar)] #-}
237 \end{verbatim}
238 Compatible with HBC, by the way.
239
240 See also: overlapping instances, in \Sectionref{glasgow-hbc-exts}.
241 They are to \tr{SPECIALIZE instance} pragmas what \tr{= blah}
242 hacks are to \tr{SPECIALIZE} (value) pragmas...
243
244 \item[``How do I know what's happening with specialisations?'':]
245
246 The \tr{-fshow-specialisations}\index{-fshow-specialisations option}
247 will show the specialisations that actually take place.
248
249 The \tr{-fshow-import-specs}\index{-fshow-import-specs option} will
250 show the specialisations that GHC {\em wished} were available, but
251 were not.  You can add the relevant pragmas to your code if you wish.
252
253 You're a bit stuck if the desired specialisation is of a Prelude
254 function.  If it's Really Important, you can just snap a copy of the
255 Prelude code, rename it, and then SPECIALIZE that to your heart's
256 content.
257
258 \item[``But how do I know where overloading is creeping in?'':]
259
260 A low-tech way: grep (search) your interface files for overloaded
261 type signatures; e.g.,:
262 \begin{verbatim}
263 % egrep '^[a-z].*::.*=>' *.hi
264 \end{verbatim}
265
266 Note: explicit export lists sometimes ``mask'' overloaded top-level
267 functions; i.e., you won't see anything about them in the interface
268 file.  I sometimes remove my export list temporarily, just to see what
269 pops out.
270 \end{description}
271
272 %----------------------------------------------------------------
273 \item[Strict functions are your dear friends:]
274 and, among other things, lazy pattern-matching is your enemy.
275
276 (If you don't know what a ``strict function'' is, please consult a
277 functional-programming textbook.  A sentence or two of
278 explanation here probably would not do much good.)
279
280 Consider these two code fragments:
281 \begin{verbatim}
282 f (Wibble x y) =  ... # strict
283
284 f arg = let { (Wibble x y) = arg } in ... # lazy
285 \end{verbatim}
286 The former will result in far better code.
287
288 A less contrived example shows the use of \tr{cases} instead
289 of \tr{lets} to get stricter code (a good thing):
290 \begin{verbatim}
291 f (Wibble x y)  # beautiful but slow
292   = let
293         (a1, b1, c1) = unpackFoo x
294         (a2, b2, c2) = unpackFoo y
295     in ...
296
297 f (Wibble x y)  # ugly, and proud of it
298   = case (unpackFoo x) of { (a1, b1, c1) ->
299     case (unpackFoo y) of { (a2, b2, c2) ->
300     ...
301     }}
302 \end{verbatim}
303
304 %----------------------------------------------------------------
305 \item[GHC loves single-constructor data-types:]
306
307 It's all the better if a function is strict in a single-constructor
308 type (a type with only one data-constructor; for example, tuples are
309 single-constructor types).
310
311 %----------------------------------------------------------------
312 \item[``How do I find out a function's strictness?'']
313
314 Don't guess---look it up.
315
316 Look for your function in the interface file, then for the third field
317 in the pragma; it should say \tr{_S_ <string>}.  The \tr{<string>}
318 gives the strictness of the function's arguments.  \tr{L} is lazy
319 (bad), \tr{S} and \tr{E} are strict (good), \tr{P} is ``primitive'' (good),
320 \tr{U(...)} is strict and
321 ``unpackable'' (very good), and \tr{A} is absent (very good).
322
323 If the function isn't exported, just compile with the extra flag \tr{-ddump-simpl};
324 next to the signature for any binder, it will print the self-same
325 pragmatic information as would be put in an interface file.
326 (Besides, Core syntax is fun to look at!)
327
328 %----------------------------------------------------------------
329 \item[Force key functions to be \tr{INLINE}d (esp. monads):]
330
331 GHC (with \tr{-O}, as always) tries to inline (or ``unfold'')
332 functions/values that are ``small enough,'' thus avoiding the call
333 overhead and possibly exposing other more-wonderful optimisations.
334
335 You will probably see these unfoldings (in Core syntax) in your
336 interface files.
337
338 Normally, if GHC decides a function is ``too expensive'' to inline, it
339 will not do so, nor will it export that unfolding for other modules to
340 use.
341
342 The sledgehammer you can bring to bear is the
343 \tr{INLINE}\index{INLINE pragma} pragma, used thusly:
344 \begin{verbatim}
345 key_function :: Int -> String -> (Bool, Double) 
346
347 #ifdef __GLASGOW_HASKELL__
348 {-# INLINE key_function #-}
349 #endif
350 \end{verbatim}
351 (You don't need to do the C pre-processor carry-on unless you're going
352 to stick the code through HBC---it doesn't like \tr{INLINE} pragmas.)
353
354 The major effect of an \tr{INLINE} pragma is to declare a function's
355 ``cost'' to be very low.  The normal unfolding machinery will then be
356 very keen to inline it.
357
358 An \tr{INLINE} pragma for a function can be put anywhere its type
359 signature could be put.
360
361 \tr{INLINE} pragmas are a particularly good idea for the
362 \tr{then}/\tr{return} (or \tr{bind}/\tr{unit}) functions in a monad.
363 For example, in GHC's own @UniqueSupply@ monad code, we have:
364 \begin{verbatim}
365 #ifdef __GLASGOW_HASKELL__
366 {-# INLINE thenUs #-}
367 {-# INLINE returnUs #-}
368 #endif
369 \end{verbatim}
370
371 GHC reserves the right to {\em disallow} any unfolding, even if you
372 explicitly asked for one.  That's because a function's body may
373 become {\em unexportable}, because it mentions a non-exported value,
374 to which any importing module would have no access.
375
376 If you want to see why candidate unfoldings are rejected, use the
377 \tr{-freport-disallowed-unfoldings}
378 \index{-freport-disallowed-unfoldings}
379 option.
380
381 %----------------------------------------------------------------
382 \item[Don't let GHC ignore pragmatic information:]
383
384 Sort-of by definition, GHC is allowed to ignore pragmas in interfaces.
385 Your program should still work, if not as well.
386
387 Normally, GHC {\em will} ignore an unfolding pragma in an interface if
388 it cannot figure out all the names mentioned in the unfolding.  (A
389 very much hairier implementation could make sure This Never Happens,
390 but life is too short to wage constant battle with Haskell's module
391 system.)
392
393 If you want to prevent such ignorings, give GHC a
394 \tr{-fshow-pragma-name-errs}
395 option.\index{-fshow-pragma-name-errs option}
396 It will then treat any unresolved names in pragmas as {\em
397 errors}, rather than inconveniences.
398
399 %----------------------------------------------------------------
400 \item[Explicit \tr{export} list:]
401 If you do not have an explicit export list in a module, GHC must
402 assume that everything in that module will be exported.  This has
403 various pessimising effect.  For example, if a bit of code is actually
404 {\em unused} (perhaps because of unfolding effects), GHC will not be
405 able to throw it away, because it is exported and some other module
406 may be relying on its existence.
407
408 GHC can be quite a bit more aggressive with pieces of code if it knows
409 they are not exported.
410
411 %----------------------------------------------------------------
412 \item[Look at the Core syntax!]
413 (The form in which GHC manipulates your code.)  Just run your
414 compilation with \tr{-ddump-simpl} (don't forget the \tr{-O}).
415
416 If profiling has pointed the finger at particular functions, look at
417 their Core code.  \tr{lets} are bad, \tr{cases} are good, dictionaries
418 (\tr{d.<Class>.<Unique>}) [or anything overloading-ish] are bad,
419 nested lambdas are bad, explicit data constructors are good, primitive
420 operations (e.g., \tr{eqInt#}) are good, ...
421
422 %----------------------------------------------------------------
423 \item[Use unboxed types (a GHC extension):]
424 When you are {\em really} desperate for speed, and you want to
425 get right down to the ``raw bits.''
426 Please see \sectionref{glasgow-unboxed} for some information about
427 using unboxed types.
428
429 %----------------------------------------------------------------
430 \item[Use \tr{_ccall_s} (a GHC extension) to plug into fast libraries:]
431 This may take real work, but... There exist piles of
432 massively-tuned library code, and the best thing is not
433 to compete with it, but link with it.
434
435 \Sectionref{glasgow-ccalls} says a little about how to use C calls.
436
437 %----------------------------------------------------------------
438 \item[Don't use \tr{Float}s:]
439 We don't provide specialisations of Prelude functions for \tr{Float}
440 (but we do for \tr{Double}).  If you end up executing overloaded
441 code, you will lose on performance, perhaps badly.
442
443 \tr{Floats} (probably 32-bits) are almost always a bad idea, anyway,
444 unless you Really Know What You Are Doing.  Use Doubles.  There's
445 rarely a speed disadvantage---modern machines will use the same
446 floating-point unit for both.  With \tr{Doubles}, you are much less
447 likely to hang yourself with numerical errors.
448
449 %----------------------------------------------------------------
450 \item[Use a bigger heap!]
451 If your program's GC stats (\tr{-S}\index{-S RTS option} RTS option)
452 indicate that it's doing lots of garbage-collection (say, more than
453 20\% of execution time), more memory might help---with the
454 \tr{-H<size>}\index{-H<size> RTS option} RTS option.
455
456 %----------------------------------------------------------------
457 \item[Use a smaller heap!]
458 Some programs with a very small heap residency (toy programs, usually)
459 actually benefit from running the heap size way down.  The
460 \tr{-H<size>} RTS option, as above.
461
462 %----------------------------------------------------------------
463 \item[Use a smaller ``allocation area'':]
464 If you can get the garbage-collector's youngest generation to fit
465 entirely in your machine's cache, it may make quite a difference.
466 The effect is {\em very machine dependent}.  But, for example,
467 a \tr{+RTS -A128k}\index{-A<size> RTS option} option on one of our
468 DEC Alphas was worth an immediate 5\% performance boost.
469 \end{description}
470
471 %************************************************************************
472 %*                                                                      *
473 \subsection[smaller]{Smaller: producing a program that is smaller}
474 \index{smaller programs, how to produce}
475 %*                                                                      *
476 %************************************************************************
477
478 Decrease the ``go-for-it'' threshold for unfolding smallish expressions.
479 Give a \tr{-funfolding-use-threshold0}\index{-funfolding-use-threshold0 option}
480 option for the extreme case. (``Only unfoldings with zero cost should proceed.'')
481
482 (Note: I have not been too successful at producing code smaller
483 than that which comes out with \tr{-O}.  WDP 94/12)
484
485 Use \tr{-fomit-derived-read} if you are using a lot of derived
486 instances of \tr{Text} (and don't need the read methods).
487
488 Use \tr{strip} on your executables.
489
490 %************************************************************************
491 %*                                                                      *
492 \subsection[stingier]{Stingier: producing a program that gobbles less heap space}
493 \index{memory, using less heap}
494 \index{space-leaks, avoiding}
495 \index{heap space, using less}
496 %*                                                                      *
497 %************************************************************************
498
499 ``I think I have a space leak...''  Re-run your program with
500 \tr{+RTS -Sstderr},\index{-Sstderr RTS option} and remove all doubt!
501 (You'll see the heap usage get bigger and bigger...)  [Hmmm... this
502 might be even easier with the \tr{-F2s}\index{-F2s RTS option} RTS
503 option; so...  \tr{./a.out +RTS -Sstderr -F2s}...]
504
505 Once again, the profiling facilities (\sectionref{profiling}) are the
506 basic tool for demystifying the space behaviour of your program.
507
508 Strict functions are good to space usage, as they are for time, as
509 discussed in the previous section.  Strict functions get right down to
510 business, rather than filling up the heap with closures (the system's
511 notes to itself about how to evaluate something, should it eventually
512 be required).
513
514 If you have a true blue ``space leak'' (your program keeps gobbling up
515 memory and never ``lets go''), then 7 times out of 10 the problem is
516 related to a {\em CAF} (constant applicative form).  Real people call
517 them ``top-level values that aren't functions.''  Thus, for example:
518 \begin{verbatim}
519 x = (1 :: Int)
520 f y = x
521 ones = [ 1, (1 :: Float), .. ]
522 \end{verbatim}
523 \tr{x} and \tr{ones} are CAFs; \tr{f} is not.
524
525 The GHC garbage collectors are not clever about CAFs.  The part of the
526 heap reachable from a CAF is never collected.  In the case of
527 \tr{ones} in the example above, it's {\em disastrous}.  For this
528 reason, the GHC ``simplifier'' tries hard to avoid creating CAFs, but
529 it cannot subvert the will of a determined CAF-writing programmer (as
530 in the case above).