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GHC 链接器链接时瘦身：死代码消除与常量折叠实践

GHC 在链接阶段集成死代码消除与常量折叠，实现二进制动态瘦身，提供工程参数、阈值与监控要点。

在 Haskell 开发中，GHC 生成的二进制文件往往体积庞大，这是由于 Haskell 的惰性求值、泛型编程和高阶函数导致的闭包和多态代码膨胀。即使使用优化标志如 -O2，静态链接的最终可执行文件仍可能达到数 MB，这对嵌入式系统或容器部署构成挑战。Tweag 团队提出的 “shrinking while linking” 方案，在 GHC 链接器中集成死代码消除（Dead Code Elimination, DCE）和常量折叠（Constant Folding, CF），实现了链接时动态瘦身，既不牺牲编译速度，又显著压缩体积。

核心观点是：传统编译优化（如 -O2）主要在前中端进行，链接阶段仅做符号解析和重定位，无法移除未引用的代码段。链接时优化则利用最终的调用图（call graph），精确识别死代码，并在汇编对象文件（.o）级别进行常量传播与折叠。例如，未导出的模块函数或条件编译分支若无引用，即可整体剔除；静态常量如 let x = 42 在链接时直接内联替换。这种 “后端瘦身” 比纯前端优化更激进，因为它看到完整的程序依赖。

证据支持：在 HN 讨论中，用户反馈类似 GCC 的 --gc-sections 在 Haskell 项目中可减小 20-40% 体积。[1] Tweag 博客描述了 GHC 补丁实现：在 ld 阶段注入 DCE pass，结合 LLVM 后端的 -split-sections，针对 Haskell 的 THUNK 和 CAF 进行特殊处理。测试数据显示，对于一个 10MB 的 Web 服务二进制，优化后降至 6.5MB，启动时间不变，运行时内存略降。

落地参数与阈值：

  1. 编译标志：ghc -O2 -split-sections -ffunction-sections -fdata-sections。这将函数和数据置于独立 section，便于链接器垃圾回收。
  2. 链接器选项：ghc ... -optl-Wl,--gc-sections -optl-Wl,--enable-new-dtags。启用 gc-sections 移除未用 section；new-dtags 优化动态链接。
  3. GHC 特定：使用 -dynamic 静态链接 RTS（Runtime System），避免共享库膨胀；-fllvm 启用 LLVM 后端，支持更细粒度优化。
  4. 阈值监控：
    • 体积阈值：目标 < 70% 原大小，若超 80%，回滚至 -O1。
    • 时间阈值：链接时间增幅 < 30%，用 time ghc 测量。
    • 性能回归：基准测试 FPS/Throughput 降 < 5%。

工程清单：

  • 构建脚本： 
    #!/bin/bash
cabal build exe:myapp --ghc-options="-O2 -split-sections -ffunction-sections -fdata-sections -optl=-Wl,--gc-sections"
strip dist-newstyle/build/*/*/*/myapp  # 进一步剥离符号
upx --best dist-newstyle/build/*/*/*/myapp  # 压缩（可选）
  • CI 集成：在 GitHub Actions 中添加体积检查：du -sh myapp && size=$(stat -c% s myapp) && if [ $size -gt 8000000 ]; then exit 1; fi。
  • 监控点：Prometheus 指标：binary_size_mb、link_time_s；警报体积反弹。
  • 回滚策略：若性能降 >5%，fallback 无 gc-sections；A/B 测试新旧二进制。

风险与平衡：链接时间可能增 15-25%，适合 release 构建而非 dev；过度 DCE 风险移除调试符号，故 release 专用。Haskell 模板 Haskell（TH）生成的代码需手动标记 export。总体，体积收益远超开销，尤其多模块项目。

资料来源： [1] HN 讨论：https://news.ycombinator.com/item?id=42262451 [2] Tweag 博客：https://tweag.io/posts/2025-12-02-shrinking-while-linking

（正文字数：1028）

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