编译器优化问题

Question

1. 编译器消除重复的子表达式重新计算的一些方法是什么？ 你如何跟踪子表达式？ 你如何识别重复的？
2. 除了使用按位运算符之外，常见编译器还使用了哪些强度降低技术？

Answer 1

对于1，您正在寻找的优化名称是常见的子表达式消除（CSE）。 根据您的表示，这可能相当容易。 通常，编译器将具有程序的一些中间表示，其中操作尽可能地被分解并且线性化。 因此，例如，表达式c = a * b + a * b可能会被细分为：

v1 = a * b
v2 = a * b
c = v1 + v2

因此，您可以通过查找具有相同运算符和操作数的操作来以非常低的级别执行CSE。 遇到重复项（在本例中为v2）时，将其所有实例替换为原始实例。 所以我们可以简化上面的代码：

v1 = a * b
c = v1 + v1

这通常假设您只分配一次变量（单个静态赋值形式），但您可以在没有该限制的情况下实现这样的操作。 当您尝试跨分支执行此优化时，这会变得更加复杂。 正如Zifre所提到的那样，请考虑部分冗余消除。

无论哪种方式，您都会得到一些基本的改进，而您需要跟踪的只是基本表达式。 您可能希望更进一步，寻找算术身份。 例如， a * b与b * a相同。 此外， x * (y + z) = x * y + x * z 。 这使得您的优化变得更加复杂，并且不太清楚它会给您带来如此多的性能提升。 有趣的是，CSE优化的大部分好处来自于数组访问等地址计算，您不需要像上面那样复杂的身份。

对于2，有用的强度降低实际上取决于您编译的体系结构。 通常这只涉及将乘法和除法转换为移位，加法和减法。

Answer 2

我强烈推荐这些主题的两个印刷参考：

1. Steven S. Muchnick的高级编译器设计与实现
2. 构建 Robert Morgan 的优化编译器

Muchnick的书是正式的，但是非常易读，并且对所有重要的优化技术都有很好的描述。 摩根书籍具有更多动手实践的感觉，并且将成为专注于优化技术的编译器项目的重要基础。 这两本书都没有太多关于词汇分析或解析的说法，因此假定这些科目的知识。

Answer 3

1. 我相信很多编译器都使用SSAPRE（静态单一赋值部分冗余消除）来消除重复的表达式。 这要求代码采用SSA形式 ，允许更多优化。

2. 我不太确定这个，但看看这个LLVM通行证列表 。 LLVM是编译器的优化IR，通常比GCC更快。 每个传球都有一个小的解释。 如果您需要更多信息，请查看这些传递的LLVM源。 它是用C ++编写的，但非常干净且易于理解。

编辑：顺便说一句，如果您正在开发编译器，我强烈推荐LLVM，它非常易于使用并生成高度优化的代码。

Answer 4

要在建议列表中再添一本书，请查看Henry S. Warren撰写的“Hacker's Delight” 。 这是优化常见操作的技术概要，例如将整数除法转换为乘法。

Answer 5

您正在寻找部分冗余消除（PRE）。 CSE（来自其他答案）和循环不变的代码运动都包含在PRE中。 （PRE的变体是Lazy Code Motion，我认为这是最佳的）。

查看Keith Cooper的讲义 ，这些讲稿似乎很好地描述了这些技巧。

不要使用SSAPRE。 AFAIK，这需要一种特殊形式的SSA，称为HSSA，它有一些缺点：

• 它非常复杂
• 它需要全局值编号（因此SSAPRE不提供值编号，因为它预期已经存在）。
• 如果您的语言不支持指向堆栈变量的指针（如果它支持，则停止编写您自己的分析并使用LLVM或gcc），它不会提供任何内容。
• gcc使用HSSA一段时间了，但他们已经离开了它。
• LLVM对它进行了实验，但是AFAIK他们不再使用它了。

编辑：

Muchnick的书有一个详细的描述，它的另一个答案相关联。