Unknown - haskell-notes

как библиотека. Она статически подключается к любому нативному коду, который генерируется GHC. Далее

мы сосредоточимся на изучении компилятора.

Но перед этим давайте освежим в памяти (или узнаем) несколько терминов. У нас есть код на Haskell, что

значит перевести в код низкого уровня? Код низкого уровня представляет собой набор инструкций, которые

изменяют значения в памяти компьютера. Изменение значений происходит с помощью базовых операций,

которые выполняются в процессоре компьютера. Память компьютера представляет собой ленту ячеек. У каж-

дой ячейки есть адрес и содержание. По адресу мы можем читать данные из ячейки и записывать их туда. Эти

операции также выполняются с помощью инструкций. Мы будем делить память на стек (stack), кучу (heap)

и регистры (registers).

Стек – это очередь с принципом работы “последним пришёл, первым ушёл”. Стек можно представить как

стопку книг. У нас есть две операции: положить книгу наверх, и снять верхнюю книгу. Стек очень удобен

для переключения контекстов вычисления. Представьте, что у нас есть функция, которая внутри вызывает

другую функцию, а та следующую. Находясь в верхней функции при заходе во вторую мы сохраняем контекст

внешней функции в стеке. Контекст – это та информация, которая нужна нам для того, чтобы продолжить

вычисления. Как только мы доходим до третьей функции, мы “кладём на стопку сверху” контекст второй

функции, как только третья функция вычислена, мы обращаемся к стеку и снимаем с него контекст второй

функции продолжаем вычислять и как только вторая функция заканчивается снова обращаемся к стеку. А

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