言語理論とコンパイラ

第十三回: 最適化

2010 年 7 月 2 日

http://www.sw.it.aoyama.ac.jp/2010/Compiler/lecture13.html

Martin J. Dürst

© 2005-10 Martin J. Dürst 青山学院大学

目次

• コード生成 (続き)
• 最適化
• 授業改善のための学生アンケート

if・else 文のコード生成

if (a > b)
    c = a;
else
    c = b;

       LOAD   R1, a
       LOAD   R2, b
       SUB    R1, R1, R2   ; a-b > 0
       JUMP<= R1, else
       LOAD   R1, a
       STORE  c, R1
       JUMP   end
else:  LOAD   R1, b
       STORE  c, R1
end:   

論理演算子のコード生成

if (a>10 || b < 3)
    c = 5;

コードの変更:

if (a>10)
    c = 5;
else if (b < 3)
    c = 5;

論理演算子のコード再生の結果

       LOAD   R1, a
       CONST  R2, 10
       SUB    R1, R1, R2   ; a-10 > 0
       JUMP<= R1, else
       CONST  R1, 5
       STORE  c, R1
       JUMP   end
else:  LOAD   R1, b
       CONST  R2, 3
       SUB    R1, R1, R2   ; b-3 < 0
       JUMP>= R1, end
       CONST  R1, 5
       STORE  c, R1
end:   

while 文のコード生成

while (a < 20)
    a += 3;

next:  LOAD   R1, a
       CONST  R2, 20
       SUB    R1, R1, R2
       JUMP>= R1, break
       LOAD   R1, a
       CONST  R2, 3
       ADD    R1, R1, R2
       STORE  a, R1
       JUMP   next
break:

最適化の目的

• プログラムの実行速度の向上
• コードの量の削減
• 次のことを考慮:
  • プログラムの意味
  • コンパイルの速度
  • デバッグのしやすさ

最適化の手法

• 制御フロー解析 (control flow analysis)
  • プログラムを順番に実行される基本ブロックに分割
    • 飛び込みなし
    • 飛び出しなし
  • 基本ブロックをノードに制御フローのグラフを作成
• データフロー解析 (data flow analysis)
  • 制御フロー解析の結果、どこの変数の代入がどの変数の使用に影響を及ぼすかを分析
    

最適化の手段 (1)

複数の手法を繰り返し組み合わせて少しづつ最適化

• 静式評価 (constant folding, 定数たたみこみ)
• 定数伝播 (constant propagation)
• 共通の式の繰り返しからの追い出し
• 無用命令の削除 (dead code elimination)
• 演算の変更 (例: x*2 → x+x もしくは x<<1)

最適化の手段 (2)

コードの量が増加がが、加速

• 関数呼び出しの展開
• 繰り返しの展開
  • 小定数の繰り返しの展開 (コードが小さくなる可能性もある)
  • 一部展開 (20 回の繰り返しを 4 部展開して 5 回繰り返す)

最適化の手段 (3)

機械に強く依存

• 命令の入れ替え (命令によってかかる時間が違う)
• 命令の順番の変更 (LOAD の後データがすぐ使えないなど)

命令の順番の変更の応用例

式: 5 * a

最適化前:

        CONST   R1, 5
        LOAD    R2, a    ; LOAD は時間がかかる
        MUL     R3, R1, R2

最適化後:

        LOAD    R1, a
        CONST   R2, 5    ; LOAD の間、CONST も実行可能
        MUL     R3, R1, R2

最適化の実例

ソース

最適化なし

最適化済み

(アセンブリ言語は Intel PC 用 (CISC))

gcc の最適化に関する設定項目: 英語、日本語

授業改善のための学生アンケート