GHC是否会优化mempty相关的Monoid<>操作及相关疑问

核心问题解答 #

GHC本身不会自动识别mempty <> x = x和x <> mempty = x这两条Monoid单位元定律来跳过昂贵的<>操作——除非你手动为该Monoid实例添加GHC的重写规则（Rewrite Rules）。

信息来源 #

GHC官方文档、Haskell报告以及社区性能优化实践都明确：Haskell的类型类定律（比如Monoid的单位元、结合律）属于语义约定，而非编译器强制执行或自动利用的规则。编译器不会默认假设你的实例遵守这些定律，必须显式告知。

手动实现优化的方法 #

你可以通过GHC的RewriteRules扩展来实现这个优化，示例代码如下：

{-# LANGUAGE RewriteRules #-}

import Data.Monoid

-- 模拟一个<>操作昂贵的自定义Monoid
data Expensive a = Expensive a deriving (Show)

instance Semigroup (Expensive a) where
  Expensive x <> Expensive y = Expensive (x ++ y) -- 用长列表拼接模拟高复杂度操作

instance Monoid (Expensive a) where
  mempty = Expensive []
  mappend = (<>)

-- 添加重写规则，告知GHC替换对应模式
{-# RULES
"mempty <> x" forall x. mempty <> x = x
"x <> mempty" forall x. x <> mempty = x
  #-}

添加规则后，GHC在-O2等优化编译阶段会自动替换符合模式的表达式，避免执行昂贵的<>操作。

相关社区讨论 #

这个需求在Haskell社区被多次讨论：

• 曾有人提议让编译器自动推导并应用类型类定律，但因为定律的遵守无法静态验证（比如开发者可能故意编写不遵守单位元定律的Monoid实例），该方案被否决。
• 另一种思路是通过依赖类型等类型系统扩展标记遵守定律的实例，但目前尚未在Haskell生态中普及实现。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者141592653