Новиков Сергей Анализ потока управления и потока данных в программе. - презентация

1 Новиков Сергей Анализ потока управления и потока данных в программе

2 Содержание Структура компилятора Пример программы на С Линейная последовательность операций Анализ потока управления Анализ потока данных Примеры оптимизаций Литература к лекции Agenda

3 ядро компилятора Структура компилятора Компилятор - переводит исходный код программы (написанные на языке высокого уровня) в эквивалентный код на языке целевой платформы Compiler structure.c.cpp.f77....c.cpp.F... High-Level IR Low-Level IR Low-Level IR Low-Level IR asm.o.obj.out.exe Препроцессор 2.2.Front-End 3.3.Оптимизации 4.4.Кодогенератор 5.5.Ассемблер 6.6.Линкер

4 1.int func( int a, int b) 2.{ 3.int res = 0; 4.int c = 10; 5.int d = 20; 6.int i, j, k = 0; 7.for ( i = 0; i < 100; i++ ) 8.{ 9.for ( j = 0; j < 100; j++ ) 10.{ 11.if ( i + j < a + b ) 12.{ 13.res += a + b + i; 14.} else 15.{ 16.res += c + d + j; 17.} 18.res += b + i; 19.} 20.k++; 21.} 22.return res; 23.} Пример (исходый код программы на С)

5 1. MOVE.s32 -> res // line:3,0 2. MOVE.s32 -> c // line:4,0 3. MOVE.s32 -> d // line:5,0 4. MOVE.s32 -> k // line:6,0 5. MOVE.s32 -> i // line:8,0 6. GOTO // line:8,0 7. LABEL // … 52. IF bool_tvar.15,, // line:8,0 53. LABEL // 54. MOVE.s32 res -> D.1572 // line:23,0 55. MOVE.s32 D > D.1552 // 56. RETURN D.1552 // Линейная последовательность операций

6 Граф потока управления

7

8 Граф потока управления с промежуточным представлением

9 Обход (нумерация) o Обход в глубину (depth first) 1. для каждого преемника { 2. устанавливаем номер обходим рекурсивно преемника } o Обход в ширину (reverse post order) 1. для каждого преемника { 2. обходим рекурсивно преемника } 3. устанавливаем номер -- Маркирование Клонирование Построение дерева доминаторов/постдоминаторов Построение дерева циклов Действия на графе потока управления

10 Обязательное предшествование (доминирование)

11 Узел d доминирует/постдоминирует узел n если любой путь от стартового/стопового узла к n проходит через d Алгоритмы построения дерева доминаторов/постдоминаторов o Простейший алгоритм O(N*N) o Lengauer-Tarjan алгоритм O((N+E)log(N+E)) Свойство доминирования/постдоминирования

12 Дерево доминаторов

13 Дерево постдоминаторов

14 Глубинное остовное дерево (depth-first spanning tree)

15 Глубинное остовное дерево (пример)

16 Выделение сильно связных подграфов

17 Разметка циклов

18 Дерево циклов

19 Несводимый цикл – цикл с более, чем одним входом Цикл можно свести путем дублирования кода Несводимые циклы

20 Компоненты с одним входом и одним выходом

21 Дерево структуры программы (program structure tree)

22 Классический анализ потока данных

23 Время жизни переменных

24 Итерационный алгоритм определения времени жизни переменных

25 Форма статического единственного присваивания Фрагмент программы z = 3; if(P) { y = 5; } else { y = z + 2; } x = y; SSA - форма z = 3 if(P) y1=5y2=z+2 y3=phi(y1,y2) x=y3

26 Форма статического единственного присваивания в виде Def-Use графа

27 Построение phi-функций o Для каждой переменной определяем узлы cfg, в которых она инициализируется o Запускаем алгоритм поиска итерационного фронта доминирования (сложность O(|N|*|DF|)*B/size(word)) N – количество узлов в графе потока управления DF – итерационный фронт доминирования для одного узла (в среднем 1-2 на задачах) B – количество переменных size(word) – размер слова в битовом векторе o По результатам работы алгоритма строим phi-функции Линковка записей и чтений Построение SSA/Def-Use графа

28 CFG CFG+DOM Dominance Frontier Фронт доминирования START STOP d START J-дуги дуги дерева доминаторов b START STOP

29 Хорошо зарекомендовавшая себя техника потокового анализа. Анализ присваивает одинаковые номера операциям, вырабатывающие одинаковые значения. Номера называются классами эквивалентности. Алгоритмическая сложность O(N * D * Argmax) o N количество операций o D глубина дерева циклов o Argmax максимальное число аргументов у операции Метод нумераций значений

30 Классы эквивалентности: 1,2,3,4 Метод нумераций значений (пример) A = i; B = j; A = j + 100; B = i + 100; foo += a[i] + (3*A + 2*B); bar += a[j] + (7*B – 2*A); i++; j++; if ( i % 2) return (foo – bar); foo = bar = 0; j = i = 0;

31 1.int func( int a, int b) 2.{ 3.int res = 0; 4.int c = 10; 5.int d = 20; 6.int i, j, k = 0; 7.for ( i = 0; i < 100; i++ ) 8.{ 9.for ( j = 0; j < 100; j++ ) 10.{ 11.if ( i + j < a + b ) 12.{ 13.res += a + b + i; 14.} else 15.{ 16.res += c + d + j; 17.} 18.res += b + i; 19.} 20.k++; 21.} 22.return res; 23.} Исходый код программы

32 16 (с + d) подстановка констант 11,13 (a+b) сбор общих подвыражений 13,18 (b+i) удаление частично избыточных вычислений 20 (k++) удаление избыточных вычислений 11 (a+b) вынос инвариантных вычислений из цикла Примеры оптимизаций

33 Литература к лекции