งานวิจัยใหม่เกี่ยวกับ multi-stage programming ที่ใช้ splice variables ได้สร้างการอภิปรายอย่างมากในชุมชนโปรแกรมเมอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องการอ้างสิทธิ์เกี่ยวกับการปรับปรุงประสิทธิภาพและการประยุกต์ใช้งานจริง งานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน ICFP 2023 โดย Yongjiao Wang และ Hongwei Xi ได้นำเสนอแนวทาง metaprogramming ที่สร้างโค้ดเฉพาะเจาะจงในเวลา compile time แทนที่จะจัดการกับกรณีทั่วไปในเวลา runtime
คุณสมบัติทางเทคนิคหลัก:
- ตัวแปร Splice สำหรับการแทรกโค้ดโดยใช้ไวยากรณ์
!v - ระบบติดตามขั้นตอนเพื่อจัดการการอ้างอิงแบบซ้อนกัน
- การติดตามการพึ่งพาอัตโนมัติสำหรับขอบเขตของตัวแปร
- ระบบประเภทที่รับประกันความถูกต้องของโค้ดที่สร้างขึ้น
- ความสามารถในการสร้างโค้ดขณะรันไทม์
การตั้งคำถามต่อสมมติฐานการปรับปรุงประสิทธิภาพแบบดั้งเดิม
การอ้างสิทธิ์หลักของงานวิจัยที่ว่าโค้ดที่เขียนด้วยมือเช่น x*x*x*x*x มีประสิทธิภาพดีกว่าฟังก์ชันยกกำลังแบบ loop ได้รับการวิพากษ์วิจารณ์อย่างรุนแรงจากนักพัฒนา นักวิจารณ์โต้แย้งว่า compiler สมัยใหม่ทำให้การปรับปรุงประสิทธิภาพด้วยมือแบบนี้ไม่จำเป็นมาเป็นเวลาหลายทศวรรษแล้ว พวกเขาชี้ให้เห็นว่าการปรับปรุงประสิทธิภาพของ compiler ที่ซับซ้อนสามารถสร้างโค้ดที่มีประสิทธิภาพมากกว่าการ unrolling แบบไร้เดียงสา เช่น การคำนวณ x^6 ต้องใช้การคูณเพียง 3 ครั้งโดยใช้อัลกอริทึมยกกำลังที่มีประสิทธิภาพ ไม่ใช่การคูณต่อเนื่อง 6 ครั้ง
อย่างไรก็ตาม ผู้สนับสนุนโต้แย้งว่าการปรับปรุงประสิทธิภาพยังคงมีค่าสำหรับสถานการณ์ที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับโปรแกรม higher-order หรือการควบคุมการทำงานที่ซับซ้อน ซึ่งการปรับปรุงประสิทธิภาพของ compiler อาจไม่สามารถบรรลุผลลัพธ์ที่เหมาะสมที่สุดได้
การเปรียบเทียบ Multi-Stage Programming กับเทคโนโลยีที่มีอยู่
ชุมชนได้ตั้งคำถามเกี่ยวกับความแตกต่างของแนวทางนี้จากเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้ว นักพัฒนาบางคนเห็นความคล้ายคลึงกับ C++ templates และ parameter pack expansion และสงสัยว่าความแตกต่างหลักอยู่ที่การเข้ารหัสระบบประเภทของการประเมินผลใน compile-time หรือไม่ คนอื่นๆ ได้เปรียบเทียบกับความสามารถ reflection ที่กำลังจะมาใน C++26 และตั้งคำถามว่าสิ่งนี้มีข้อได้เปรียบเหนือการปรับปรุงประสิทธิภาพ JIT runtime ที่ใช้ในระบบเช่น JVM หรือไม่
ความแตกต่างหลักดูเหมือนจะเป็นความสามารถในการสร้างโปรแกรมในขั้นตอนใดก็ได้ รวมถึง runtime ซึ่งทำให้แตกต่างจากแนวทางที่เป็น compile-time ล้วนๆ นอกจากนี้ ลักษณะที่มีการกำหนดประเภทของระบบและการสนับสนุนการสร้างโค้ดใน runtime ทำให้แตกต่างจาก macro ทางไวยากรณ์ธรรมดา
การประยุกต์ใช้งานจริงที่มีศักยภาพ
แม้จะมีการถกเถียงเกี่ยวกับการอ้างสิทธิ์ในการปรับปรุงประสิทธิภาพ นักพัฒนาได้ระบุกรณีการใช้งานที่มีแนวโน้มดีสำหรับเทคโนโลยีนี้ หนึ่งในพื้นที่ที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือการเขียนชั้น abstraction ของ SIMD ซึ่งแนวทางนี้อาจช่วยลดความซับซ้อนเมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันที่มีอยู่เช่น Highway ห또ือ SIMDe libraries
ระบบ splice variable มีเป้าหมายเพื่อแก้ไขปัญหาการติดตาม dependency ที่เกิดขึ้นในการสร้างโค้ด โดยรับประกันโดยอัตโนมัติว่าโค้ดที่สร้างขึ้นจะรักษาการกำหนดขอบเขตตัวแปรและความปลอดภัยของประเภทข้ามขั้นตอนการ compilation ต่างๆ
ข้อกังวลของชุมชน vs. ประโยชน์ที่ได้รับ:
| ข้อกังวล | ประโยชน์ที่เป็นไปได้ |
|---|---|
| การปรับแต่งด้วยตนเองอาจช้ากว่าการปรับแต่งของ compiler | มีประโยชน์สำหรับโปรแกรมระดับสูงที่มี control flow ที่ซับซ้อน |
| คล้ายกับ C++ templates/reflection ที่มีอยู่แล้ว | ช่วยให้สามารถสร้างโค้ดขณะ runtime ได้เกินกว่าแนวทางแบบ compile-time |
| การเพิ่มประสิทธิภาพที่น่าสงสัยเมื่อเทียบกับการปรับแต่ง JIT | มีแนวโน้มดีสำหรับชั้นนามธรรมของ SIMD |
| อาจไม่จำเป็นเมื่อพิจารณาจากความสามารถของ compiler สมัยใหม่ | ระบบ typed ให้ความปลอดภัยที่ดีกว่า syntactic macros |
บทสรุป
แม้ว่าประโยชน์ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของ multi-stage programming ยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน แต่งานวิจัยนี้ได้จุดประกายการอภิปรายที่มีค่าเกี่ยวกับการสร้างโค้ด ความสามารถของ compiler และวิวัฒนาการของเทคนิค metaprogramming การถกเถียงนี้เน้นย้ำถึงความตึงเครียดที่ยังคงมีอยู่ระหว่างการปรับปรุงประสิทธิภาพด้วยมือและความฉลาดของ compiler ในขณะเดียวกันก็เผยให้เห็นการประยุกต์ใช้ที่มีศักยภาพในโดเมนเฉพาะทางเช่นการเขียนโปรแกรม SIMD