SlideShare a Scribd company logo
Alias analysis in the nutshell
Дмитрий Каш цын, HDSoftии
Как работает компилятор
1. Прочитать текст программы из файла
2. Записать исполняемый файл
3
4
Мистер Пинхед суров
5
Но чайник Юта суровее
6
Все дело в нормалях!
7
Нормализация векторов
● Очень частая операция в 3D графике
(миллионы операций на кадр)
● Нормали используются при расчете
освещения, теней, отражений и т. п.
● С помощью черной магии вычисление может
быть существенно ускорено
8
Немного алгебры
‖v‖=√v1
2
+v2
2
+v3
2
^v=
v
‖v‖
=
v
√‖v‖
2
=v⋅
1
√‖v‖
2
f (x)=
1
√ x
9
Быстрый обратный корень
● Ключ к быстрому вычислению нормы
● Прямая работа с битовым представлением
● Числа с плавающей точкой в формате IEEE754
10
Стандарт IEEE 754
sign exponent (8 bits) fraction (23 bits)
02331
0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 = 0.15625
30 22 (bit index)
● Представление чисел с плавающей точкой
● Поддерживаются числа одинарной (32 бита)
и двойной (64 бита) точности
● Традиционный формат для современной
электроники
11
Алгоритм rsqrt(X)
1.Вычислить половину X и запомнить
12
Алгоритм rsqrt(X)
1.Вычислить половину X и запомнить
2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо
13
Алгоритм rsqrt(X)
1.Вычислить половину X и запомнить
2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо
3.Вычесть полученное значение из магической
константы 0x5F3759DF
14
Алгоритм rsqrt(X)
1.Вычислить половину X и запомнить
2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо
3.Вычесть полученное значение из магической
константы 0x5F3759DF ?! о_О
15
Алгоритм rsqrt(X)
1.Вычислить половину X и запомнить
2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо
3.Вычесть полученное значение из магической
константы 0x5F3759DF ?! о_О
4.Интерпретировать разность, как первое
приближение результата в float
16
Алгоритм rsqrt(X)
1.Вычислить половину X и запомнить
2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо
3.Вычесть полученное значение из магической
константы 0x5F3759DF ?! о_О
4.Интерпретировать разность, как первое
приближение результата в float
5.Методом Ньютона получить более точное
приближение (с помощью значения из 1.)
17
Вариант реализации в Quake III
float Q_rsqrt( float number )
{
long i;
float x2, y;
const float threehalfs = 1.5F;
x2 = number * 0.5F;
y = number;
// evil floating point bit level hacking
i = * ( long * ) &y;
i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck?
y = * ( float * ) &i;
y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration
// y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration
return y;
}
18
Готовим плацдарм
float Q_rsqrt( float number )
{
long i;
float x2, y;
const float threehalfs = 1.5F;
x2 = number * 0.5F;
y = number;
// evil floating point bit level hacking
i = * ( long * ) &y;
i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck?
y = * ( float * ) &i;
y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration
// y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration
return y;
}
19
Вычисляем половину
float Q_rsqrt( float number )
{
long i;
float x2, y;
const float threehalfs = 1.5F;
x2 = number * 0.5F;
y = number;
// evil floating point bit level hacking
i = * ( long * ) &y;
i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck?
y = * ( float * ) &i;
y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration
// y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration
return y;
}
20
Черная магия №1
float Q_rsqrt( float number )
{
long i;
float x2, y;
const float threehalfs = 1.5F;
x2 = number * 0.5F;
y = number;
// evil floating point bit level hacking
i = * ( long * ) &y;
i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck?
y = * ( float * ) &i;
y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration
// y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration
return y;
}
21
Черная магия №2
float Q_rsqrt( float number )
{
long i;
float x2, y;
const float threehalfs = 1.5F;
x2 = number * 0.5F;
y = number;
// evil floating point bit level hacking
i = * ( long * ) &y;
i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck?
y = * ( float * ) &i;
y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration
// y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration
return y;
}
22
Уточнение по Ньютону
float Q_rsqrt( float number )
{
long i;
float x2, y;
const float threehalfs = 1.5F;
x2 = number * 0.5F;
y = number;
// evil floating point bit level hacking
i = * ( long * ) &y;
i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck?
y = * ( float * ) &i;
y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration
// y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration
return y;
}
23
Но зачем?!
● Используются простые битовые операции
● Позволяет вычислить значение в среднем
в 4 раза быстрее, чем считать в лоб на FPU
● Забавный пример хакинга
● В современных реалиях не имеет смысла
24
Type Punning на примере сокетов
// Прототип функции bind()
int bind(int sockfd, struct sockaddr* my_addr, socklen_t addrlen);
// Заполняем параметры вызова
struct sockaddr_in sa = {0};
sa.sin_family = AF_INET;
sa.sin_port = htons(port);
// ...
// Делаем вызов
bind(sockfd, (struct sockaddr*) &sa, sizeof sa);
25
#include <sys/socket.h>
/* This is the type we use for generic socket address arguments.
With GCC 2.7 and later, the funky union causes redeclarations or
uses with any of the listed types to be allowed without complaint.
G++ 2.7 does not support transparent unions so there we want the
old-style declaration, too. */
#if defined __cplusplus || !__GNUC_PREREQ (2, 7) || !defined __USE_GNU
# define __SOCKADDR_ARG struct sockaddr* __restrict
#else
# define __SOCKADDR_ALLTYPES 
__SOCKADDR_ONETYPE (sockaddr) 
__SOCKADDR_ONETYPE (sockaddr_in) 
__SOCKADDR_ONETYPE (sockaddr_in6) 
...
# define __SOCKADDR_ONETYPE(type) struct type* __restrict __##type##__;
typedef union {
__SOCKADDR_ALLTYPES
} __SOCKADDR_ARG __attribute__ ((__transparent_union__));
# undef __SOCKADDR_ONETYPE
#endif
26
Объявления без оберток
typedef union {
struct sockaddr * __restrict __sockaddr__;
struct sockaddr_in * __restrict __sockaddr_in__;
struct sockaddr_in6 * __restrict __sockaddr_in6__;
// ...
} __SOCKADDR_ARG __attribute__ ((__transparent_union__));
extern int bind (
int __fd,
const __SOCKADDR_ARG __addr,
socklen_t __len
)
__THROW;
27
Transparent union
// Объявление сложного типа
typedef union {
int *__ip;
union wait *__up;
} wait_status_ptr_t __attribute__ ((__transparent_union__));
// Прототип билиотечной функции
pid_t wait (wait_status_ptr_t);
//Вариант вызова согласно Posix
int w;
wait (&w);
//Вариант вызова согласно BSD 4.1
union wait w;
wait (&w);
28
Быстрая инверсия знака
float invert(float value) {
uint32_t* const raw = (uint32_t*) &value;
*raw ^= (1 << 31); // меняем знак
return * (float*) raw;
}
sign exponent (8 bits) fraction (23 bits)
02331
0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 = 0.15625
30 22 (bit index)
29
gcc 4.4.7 -m32 -O2 -fstrict-aliasing
invert(float):
; пролог функции
push ebp
mov ebp, esp
; толкаем аргумент в стек FPU
fld dword ptr [ebp+8]
; выполняем XOR по адресу аргумента
sub dword ptr [ebp+8], 2147483648
; эпилог функции
pop ebp
ret
30
-fno-strict-aliasing
31
Pointer aliasing
● Возникает, когда несколько указателей
ссылаются на один участок памяти
● Анализ указателей позволяет выполнять
более агрессивные оптимизации
● Обширные возможности стрельбы по ногам
32
Котики любят оптимизации!
33
Основные идеи оптимизаций
● Не делать то, что никому не нужно
● Не делать дважды то, что можно сделать
один раз (а лучше не делать вообще)
● Если можно получить тот же результат, но
меньшими усилиями — это нужно сделать
● Сокращение издержек на всех уровнях
34
Виды оптимизаций
● Peephole оптимизации — буквально
«через замочную скважину». Локальные
оптимизации в пределах базового блока
● Внутрипроцедурные оптимизации
● Межпроцедурные оптимизации
● Оптимизации во время линковки
35
Интересующие нас оптимизации
● Redundant Load Elimination
● Redundant Store Elimination
● Common Subexpression Elimintation
36
Подопытный код
int sum_array(const int* input, int* max, size_t length) {
int sum = 0;
*max = 0;
for (size_t i = 0; i < length; i++) {
*max = (input[i] > *max) ? input[i] : *max;
sum += input[i];
}
return sum;
}
37
Обращения к input
int sum_array(const int* input, int* max, size_t length) {
int sum = 0;
*max = 0;
for (size_t i = 0; i < length; i++) {
*max = (input[i] > *max) ? input[i] : *max;
sum += input[i];
}
return sum;
}
38
Обращения к max
int sum_array(const int* input, int* max, size_t length) {
int sum = 0;
*max = 0;
for (size_t i = 0; i < length; i++) {
*max = (input[i] > *max) ? input[i] : *max;
sum += input[i];
}
return sum;
}
39
Выделение общих подвыражений
int sum_array(const int* input, int* max, size_t length) {
int sum = 0;
*max = 0;
for (size_t i = 0; i < length; i++) {
const int _max = *max;
const int _input = input[i];
*max = (_input > _max) ? _input : _max;
sum += _input;
}
return sum;
}
40
Clang -m32 -O3 -mno-mmx -mno-sse
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
41
Инициализация и загрузка аргументов
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
42
Быстрая проверка на выход
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
43
Инициализация цикла по массиву
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
44
Вычисление максимума
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
45
Запись максимума и накопление суммы
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
46
Приращение переменных индукции
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
47
Проверка граничного условия на выход
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
48
Два чтения в цикле…
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
49
Но зачем?!*
* http://www.linux.org.ru/gallery/workplaces/10931314
50
Пытаемся использовать ebx
sum_array(int*, int*, int):
mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length
mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max
mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0
xor esi, esi ; max = 0
test ecx, ecx
jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0;
mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0]
xor eax, eax ; sum = 0
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i]
cmp ebx, esi ; flag = _max > _input
cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input
mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi
— add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i]
+ add eax, ebx ; sum += _input
add edi, 4
dec ecx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor eax, eax ; sum = 0
.EXIT:
ret
51
Программы пишут человеки…
Хитрость компилятора легко компенсируется
глупостью программиста:
int fill_array(int* output, size_t length);
int sum_array(const int* input, int* max, size_t length);
void omg() {
int array[100] = {0};
fill_array(array, 100);
const int sum = sum_array(array, &array[42], 100);
return sum;
}
52
Вносим max внутрь функции
int sum_array(const int* input, int* _max, size_t length) {
int sum = 0;
int max = 0;
int * const pmax = &max;
for (size_t i = 0; i < length; ++i) {
*pmax = (input[i] > *pmax) ? input[i] : *pmax;
sum += input[i];
}
*_max = *pmax; // восстанавливаем справедливость
return sum;
}
53
В цикле используем pmax
int sum_array(const int* input, int* _max, size_t length) {
int sum = 0;
int max = 0;
int * const pmax = &max;
for (size_t i = 0; i < length; ++i) {
*pmax = (input[i] > *pmax) ? input[i] : *pmax;
sum += input[i];
}
*_max = *pmax; // восстанавливаем справедливость
return sum;
}
54
В конце — записываем out параметр
int sum_array(const int* input, int* _max, size_t length) {
int sum = 0;
int max = 0;
int * const pmax = &max;
for (size_t i = 0; i < length; ++i) {
*pmax = (input[i] > *pmax) ? input[i] : *pmax;
sum += input[i];
}
*_max = *pmax; // восстанавливаем справедливость
return sum;
}
55
Clang -m32 -O3 -mno-mmx -mno-sse
sum_array(int*, int*, int):
mov edx, dword ptr [esp + 24]
mov ecx, dword ptr [esp + 20]
xor eax, eax
test edx, edx
jle .EXIT_0
mov edi, dword ptr [esp + 16]
xor esi, esi
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi]
cmp ebx, esi
cmovge esi, ebx
add eax, ebx
add edi, 4
dec edx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor esi, esi
.EXIT:
mov dword ptr [ecx], esi
ret
56
Нормальный человеческий цикл
sum_array(int*, int*, int):
mov edx, dword ptr [esp + 24]
mov ecx, dword ptr [esp + 20]
xor eax, eax
test edx, edx
jle .EXIT_0
mov edi, dword ptr [esp + 16]
xor esi, esi
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi]
cmp ebx, esi
cmovge esi, ebx
add eax, ebx
add edi, 4
dec edx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor esi, esi
.EXIT:
mov dword ptr [ecx], esi
ret
57
Один раз читаем массив…
sum_array(int*, int*, int):
mov edx, dword ptr [esp + 24]
mov ecx, dword ptr [esp + 20]
xor eax, eax
test edx, edx
jle .EXIT_0
mov edi, dword ptr [esp + 16]
xor esi, esi
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi]
cmp ebx, esi
cmovge esi, ebx
add eax, ebx
add edi, 4
dec edx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor esi, esi
.EXIT:
mov dword ptr [ecx], esi
ret
58
…и один раз записываем результат
sum_array(int*, int*, int):
mov edx, dword ptr [esp + 24]
mov ecx, dword ptr [esp + 20]
xor eax, eax
test edx, edx
jle .EXIT_0
mov edi, dword ptr [esp + 16]
xor esi, esi
.LOOP_BODY:
mov ebx, dword ptr [edi]
cmp ebx, esi
cmovge esi, ebx
add eax, ebx
add edi, 4
dec edx
jne .LOOP_BODY
jmp .EXIT
.EXIT_0:
xor esi, esi
.EXIT:
mov dword ptr [ecx], esi
ret
59
Лучше не использовать out параметры
● Переменная max переехала в тело функции
● Результаты возвращаются парой
● Компилятор может оптимизировать
std::pair<int, int> sum_array(const int* input, size_t length) {
int sum = 0;
int max = 0;
for (size_t i = 0; i < length; i++) {
max = (input[i] > max) ? input[i] : max;
sum += input[i];
}
return std::make_pair(sum, max);
}
60
Как все это делается?
61
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
62
Вспоминаем основы RISC
● Простой фиксированный формат команды
● Простые регистровые операции
● Мухи и котлеты: работа с памятью отдельно
от операций с регистрами
63
LLVM IR напоминает RISC
● Работа с памятью через load и store
● Работа с «регистрами» — SSA
64
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
65
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, %.lr.ph 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, %.lr.ph 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
66
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
67
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
68
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
69
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
70
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
71
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
72
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
73
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
74
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
75
define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0
{
%1 = icmp sgt i32 %length, 0
br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge
.lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph
%i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ]
%2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03
%3 = load i32, i32* %2, align 4
%4 = icmp sgt i32 %3, %max.01
%.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01
%5 = add nsw i32 %3, %sum.02
%6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1
%exitcond = icmp eq i32 %6, %length
br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph
._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0
%sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ]
%max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ]
store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4
ret i32 %sum.0.lcssa
}
76
А где тут alias analysis?
77
Варианты ответа анализатора
● NoAlias — никогда не пересекаются
● MustAlias — пересекаются всегда
● MayAlias — могут пересекаться
78
Чему равно c?
int* a = foo();
int* b = bar();
*a = 1;
*b = 2;
int c = *a + 1;
79
Эквивалентный код (MayAlias)
%a = i32* call @foo
%b = i32* call @bar
store i32 1, i32* %a
store i32 2, i32* %b
%a.2 = load i32, i32* %a, align
4
%c = add nsw i32 %a.2, 1;
80
● Позволяет не накосячить с оптимизацией
потенциально зависимых значений
● Медленный, но корректный код
● Значение по умолчанию
Отношение MayAlias:
81
Если указатели не пересекаются
int x;
int y;
int* a = &x;
int* b = &y;
*a = 1;
*b = 2;
int c = *a + 1;
82
Эквивалентный код (NoAlias)
%a = alloca i32, align 4
%b = alloca i32, align 4
store i32 1, i32* %a
store i32 2, i32* %b
%a.2 = load i32, i32* %a, align
4
%c = add nsw i32 %a.2, 1;
83
Проталкиваем константу
Удаляем лишнее чтение
%a = alloca i32, align 4
%b = alloca i32, align 4
store i32 1, i32* %a
store i32 2, i32* %b
%a.2 = load i32, i32* %a, align
4
%c = add nsw 1, 1;
84
Упрощаем выражение
%a = alloca i32, align 4
%b = alloca i32, align 4
store i32 1, i32* %a
store i32 2, i32* %b
%a.2 = load i32, i32* %a, align
4
%c = add nsw 1, 1
%c = 2
85
NoAlias позволяет:
● Удалить лишние операции с памятью
● Выполнять перестановку операций
● Выполнять оптимизации над независимыми
значениями, без оглядки друг на друга
● Результат — более эффективный код
86
Если указатели пересекаются
int x;
int* a = &x;
int* b = &x;
*a = 1;
*b = 2;
int c = *a + 1;
87
Эквивалентный код (MustAlias)
%a = alloca i32, align 4
%b = i32* %a ; GEP, bitcast, ...
store i32 1, i32* %a
store i32 2, i32* %b
%a.2 = load i32, i32* %a, align
4
%c = add nsw i32 %a.2, 1;
88
Удаляем лишнюю запись
%a = alloca i32, align 4
%b = i32* %a ; GEP, bitcast, ...
store i32 1, i32* %a
store i32 2, i32* %b
%a.2 = load i32, i32* %a, align
4
%c = add nsw i32 %a.2, 1;
89
Проталкиваем константу
Удаляем лишнее чтение
%a = alloca i32, align 4
%b = i32* %a ; GEP, bitcast, ...
store i32 1, i32* %a
store i32 2, i32* %b
%a.2 = load i32, i32* %a, align
4
%c = add nsw 2, 1;
90
Упрощаем выражение
%a = alloca i32, align 4
%b = i32* %a ; GEP, bitcast, ...
store i32 1, i32* %a
store i32 2, i32* %b
%a.2 = load i32, i32* %a, align
4
%c = add nsw 2, 1
%c = 3
91
MustAlias позволяет:
● Доказать связь отдельных операций
● Выполнять оптимизации с учетом истории
● Результат — более эффективный код
92
Strict aliasing и TBAA
● Cпособ уменьшить MayAlias
в пользу NoAlias и MustAlias
● Работает на базе системы типов языка
и другой «внешней» для LLVM информации
● Позволяет проводить оптимизации там,
где информация о контексте недостаточна
93
Подход С
float invert(float value) {
uint32_t* const raw = (uint32_t*) &value;
*raw ^= (1 << 31); // меняем знак
return * (float*) raw;
}
94
Strict aliasing vs Здравый смысл
float invert(float value) {
uint32_t* const raw = (uint32_t*) &value;
*raw ^= (1 << 31); // меняем знак
return * (float*) raw;
}
TBAA(value, raw) = TBAA(float, uint32_t) = NoAlias
95
Подход Fortran
● Аргументы функций всегда независимы (кроме target)
● Тем не менее, не мешает выстрелить в ногу
● Программист ожидает «2, 4, 4». В реальности будет «2, 2, 2»
...
I = 1
CALL FOO(I, I)
PRINT *, I
END
SUBROUTINE FOO(J, K)
J = J + K
K = J * K
PRINT *, J, K
END
96
Подход Java
● Язык запрещает опасную работу с указателями (почти)
● Escape analysis позволяет размещать объекты на стеке
public String getHello() {
Vector v = new Vector();
v.add("Hello");
v.add("from");
v.add("Java!");
return v.toString();
}
97
Подход Rust
● Иммутабельность по умолчанию
● Концепция заимствования ссылок
● Алгебраические типы данных и сопоставление
по образцу
● Обобщенный код, типажи
● Выделенные unsafe блоки
● Контроль на этапе компиляции
● Отсутствие состояния гонок,
потокобезопасность кода гарантируется
● Абстракции нулевой стоимости
98
Пример программы на Rust
fn test(vec: &Vec<i32>) -> (i32, i32) {
let mut sum: i32 = 0;
let mut max: i32 = vec[1];
for i in vec {
sum = sum + i;
max = if i > &max { *i } else { max };
}
(sum, max)
}
fn main() {
let vec = vec![1, 2, 3];
let (sum, max) = test(&vec);
println!("The sum is {}, max is {}", sum, max);
}
99
Что можно почитать
● blog.llvm.org
● llvm.org/docs
● isocpp.org/std/the-standard
● doc.rust-lang.org
● halt.habrahabr.ru/topics/
● llst.org
Спасибо за внимание!

More Related Content

PDF
Юрий Ефимочев, Компилируемые в реальном времени DSL для С++
Sergey Platonov
 
PDF
Антон Полухин, Немного о Boost
Sergey Platonov
 
PDF
Полухин Антон, Как делать не надо: C++ велосипедостроение для профессионалов
Sergey Platonov
 
PDF
Дракон в мешке: от LLVM к C++ и проблемам неопределенного поведения
Platonov Sergey
 
PPTX
Григорий Демченко, Асинхронность и неблокирующая синхронизация
Sergey Platonov
 
PDF
ПВТ - весна 2015 - Лекция 8. Многопоточное программирование без использования...
Alexey Paznikov
 
PPTX
Александр Фокин, Рефлексия в C++
Sergey Platonov
 
PDF
Догнать и перегнать boost::lexical_cast
Roman Orlov
 
Юрий Ефимочев, Компилируемые в реальном времени DSL для С++
Sergey Platonov
 
Антон Полухин, Немного о Boost
Sergey Platonov
 
Полухин Антон, Как делать не надо: C++ велосипедостроение для профессионалов
Sergey Platonov
 
Дракон в мешке: от LLVM к C++ и проблемам неопределенного поведения
Platonov Sergey
 
Григорий Демченко, Асинхронность и неблокирующая синхронизация
Sergey Platonov
 
ПВТ - весна 2015 - Лекция 8. Многопоточное программирование без использования...
Alexey Paznikov
 
Александр Фокин, Рефлексия в C++
Sergey Platonov
 
Догнать и перегнать boost::lexical_cast
Roman Orlov
 

What's hot (20)

PPTX
Никита Глушков, К вопросу о реализации кроссплатформенных фреймворков
Sergey Platonov
 
PPTX
Некоторые паттерны реализации полиморфного поведения в C++ – Дмитрий Леванов,...
Yandex
 
PDF
Parallel STL
Evgeny Krutko
 
PPTX
Использование шаблонов и RTTI для конфигурации симулятора флеш-накопителя - Г...
Yandex
 
PDF
ПВТ - осень 2014 - Лекция 6 - Атомарные операции. Внеочередное выполнение инс...
Alexey Paznikov
 
PDF
ПВТ - весна 2015 - Лекция 5. Многопоточное программирование в С++. Синхрониза...
Alexey Paznikov
 
PDF
ПВТ - весна 2015 - Лекция 3. Реентерабельность. Сигналы. Локальные данные пот...
Alexey Paznikov
 
PDF
Кулагин И.И., Пазников А.А., Курносов М.Г. Оптимизация информационных обменов...
Alexey Paznikov
 
PPTX
разработка серверов и серверных приложений лекция №3
Eugeniy Tyumentcev
 
PDF
ПВТ - осень 2014 - Лекция 5 - Многопоточное программирование в языке С++. Р...
Alexey Paznikov
 
PDF
ПВТ - весна 2015 - Лекция 4. Шаблоны многопоточного программирования
Alexey Paznikov
 
PPTX
Павел Беликов, Как избежать ошибок, используя современный C++
Sergey Platonov
 
PDF
Использование юнит-тестов для повышения качества разработки
victor-yastrebov
 
PDF
Лекция 8: Многопоточное программирование: Intel Threading Building Blocks
Mikhail Kurnosov
 
PPTX
разработка серверов и серверных приложений лекция №2
Eugeniy Tyumentcev
 
PDF
ПВТ - осень 2014 - Лекция 7. Многопоточное программирование без блокировок. М...
Alexey Paznikov
 
PDF
Лекция 8. Intel Threading Building Blocks
Mikhail Kurnosov
 
PDF
Модель памяти C++ - Андрей Янковский, Яндекс
Yandex
 
PDF
хитрости выведения типов
corehard_by
 
PDF
ПВТ - весна 2015 - Лекция 2. POSIX Threads. Основные понятия многопоточного п...
Alexey Paznikov
 
Никита Глушков, К вопросу о реализации кроссплатформенных фреймворков
Sergey Platonov
 
Некоторые паттерны реализации полиморфного поведения в C++ – Дмитрий Леванов,...
Yandex
 
Parallel STL
Evgeny Krutko
 
Использование шаблонов и RTTI для конфигурации симулятора флеш-накопителя - Г...
Yandex
 
ПВТ - осень 2014 - Лекция 6 - Атомарные операции. Внеочередное выполнение инс...
Alexey Paznikov
 
ПВТ - весна 2015 - Лекция 5. Многопоточное программирование в С++. Синхрониза...
Alexey Paznikov
 
ПВТ - весна 2015 - Лекция 3. Реентерабельность. Сигналы. Локальные данные пот...
Alexey Paznikov
 
Кулагин И.И., Пазников А.А., Курносов М.Г. Оптимизация информационных обменов...
Alexey Paznikov
 
разработка серверов и серверных приложений лекция №3
Eugeniy Tyumentcev
 
ПВТ - осень 2014 - Лекция 5 - Многопоточное программирование в языке С++. Р...
Alexey Paznikov
 
ПВТ - весна 2015 - Лекция 4. Шаблоны многопоточного программирования
Alexey Paznikov
 
Павел Беликов, Как избежать ошибок, используя современный C++
Sergey Platonov
 
Использование юнит-тестов для повышения качества разработки
victor-yastrebov
 
Лекция 8: Многопоточное программирование: Intel Threading Building Blocks
Mikhail Kurnosov
 
разработка серверов и серверных приложений лекция №2
Eugeniy Tyumentcev
 
ПВТ - осень 2014 - Лекция 7. Многопоточное программирование без блокировок. М...
Alexey Paznikov
 
Лекция 8. Intel Threading Building Blocks
Mikhail Kurnosov
 
Модель памяти C++ - Андрей Янковский, Яндекс
Yandex
 
хитрости выведения типов
corehard_by
 
ПВТ - весна 2015 - Лекция 2. POSIX Threads. Основные понятия многопоточного п...
Alexey Paznikov
 
Ad

Similar to Дмитрий Кашицын, Троллейбус из буханки: алиасинг и векторизация в LLVM (20)

PDF
Сложности микробенчмаркинга
Andrey Akinshin
 
PDF
Tech Talks @NSU: Как приручить дракона: введение в LLVM
Tech Talks @NSU
 
PDF
Как приручить дракона: введение в LLVM
Tech Talks @NSU
 
PDF
Распространённые ошибки оценки производительности .NET-приложений
Andrey Akinshin
 
PDF
Распространённые ошибки оценки производительности .NET-приложений
Mikhail Shcherbakov
 
PDF
Продолжаем говорить о микрооптимизациях .NET-приложений
Andrey Akinshin
 
PDF
ПВТ - осень 2014 - Лекция 4 - Стандарт POSIX Threads. Реентерабельность. Сигн...
Alexey Paznikov
 
PDF
Введение в синтаксис C++, часть 2
DEVTYPE
 
PDF
Введение в синтаксис C++, часть 1
DEVTYPE
 
PPTX
Как написать JIT компилятор
Andrew Aksyonoff
 
PDF
Shader magic: Breakdown of popular visual effects for games
DevGAMM Conference
 
PPTX
ADD 2011: Статический анализ Си++ кода
Andrey Karpov
 
PPTX
Статический анализ Си++ кода
Tatyanazaxarova
 
PPTX
Deep Dive C# by Sergey Teplyakov
Alex Tumanoff
 
PPTX
Статический анализ кода
Pavel Tsukanov
 
PPTX
статический анализ кода
Andrey Karpov
 
PDF
Cpp0x Introduction
Fedor Vompe
 
PPTX
C++ CoreHard Autumn 2018. Кодогенерация C++ кроссплатформенно. Продолжение - ...
corehard_by
 
PPTX
PVS-Studio, решение для разработки современных ресурсоемких приложений
OOO "Program Verification Systems"
 
PDF
20130429 dynamic c_c++_program_analysis-alexey_samsonov
Computer Science Club
 
Сложности микробенчмаркинга
Andrey Akinshin
 
Tech Talks @NSU: Как приручить дракона: введение в LLVM
Tech Talks @NSU
 
Как приручить дракона: введение в LLVM
Tech Talks @NSU
 
Распространённые ошибки оценки производительности .NET-приложений
Andrey Akinshin
 
Распространённые ошибки оценки производительности .NET-приложений
Mikhail Shcherbakov
 
Продолжаем говорить о микрооптимизациях .NET-приложений
Andrey Akinshin
 
ПВТ - осень 2014 - Лекция 4 - Стандарт POSIX Threads. Реентерабельность. Сигн...
Alexey Paznikov
 
Введение в синтаксис C++, часть 2
DEVTYPE
 
Введение в синтаксис C++, часть 1
DEVTYPE
 
Как написать JIT компилятор
Andrew Aksyonoff
 
Shader magic: Breakdown of popular visual effects for games
DevGAMM Conference
 
ADD 2011: Статический анализ Си++ кода
Andrey Karpov
 
Статический анализ Си++ кода
Tatyanazaxarova
 
Deep Dive C# by Sergey Teplyakov
Alex Tumanoff
 
Статический анализ кода
Pavel Tsukanov
 
статический анализ кода
Andrey Karpov
 
Cpp0x Introduction
Fedor Vompe
 
C++ CoreHard Autumn 2018. Кодогенерация C++ кроссплатформенно. Продолжение - ...
corehard_by
 
PVS-Studio, решение для разработки современных ресурсоемких приложений
OOO "Program Verification Systems"
 
20130429 dynamic c_c++_program_analysis-alexey_samsonov
Computer Science Club
 
Ad

More from Sergey Platonov (20)

PPTX
Григорий Демченко, Универсальный адаптер
Sergey Platonov
 
PDF
Антон Бикинеев, Reflection in C++Next
Sergey Platonov
 
PPTX
Evgeniy Muralev, Mark Vince, Working with the compiler, not against it
Sergey Platonov
 
PDF
Василий Сорокин, Простой REST сервер на Qt с рефлексией
Sergey Platonov
 
PPTX
Сергей Шамбир, Адаптация Promise/A+ для взаимодействия между C++ и Javascript
Sergey Platonov
 
PPTX
Лев Казаркин, Удивительные приключения регистров SSE или в поисках одного бага
Sergey Platonov
 
PDF
Антон Бикинеев, Writing good std::future&lt; C++ >
Sergey Platonov
 
PDF
Павел Филонов, Разделяй и управляй вместе с Conan.io
Sergey Platonov
 
ODP
Антон Полухин. C++17
Sergey Platonov
 
PDF
Денис Кандров, Пушкова Евгения, QSpec: тестирование графических приложений на Qt
Sergey Platonov
 
PDF
Алексей Кутумов, Coroutines everywhere
Sergey Platonov
 
PPTX
Дмитрий Нестерук, Паттерны проектирования в XXI веке
Sergey Platonov
 
PPTX
Александр Тарасенко, Использование python для автоматизации отладки С/C++ код...
Sergey Platonov
 
PDF
Павел Довгалюк, Обратная отладка
Sergey Platonov
 
PPTX
Dori Exterman, Considerations for choosing the parallel computing strategy th...
Sergey Platonov
 
PDF
Александр Гранин, Функциональная 'Жизнь': параллельные клеточные автоматы и к...
Sergey Platonov
 
PDF
Антон Нонко, Классические строки в C++
Sergey Platonov
 
PPTX
Михаил Матросов, Повседневный С++: boost и STL
Sergey Platonov
 
PDF
Борис Сазонов, RAII потоки и CancellationToken в C++
Sergey Platonov
 
PPTX
Алексей Кутумов, Вектор с нуля
Sergey Platonov
 
Григорий Демченко, Универсальный адаптер
Sergey Platonov
 
Антон Бикинеев, Reflection in C++Next
Sergey Platonov
 
Evgeniy Muralev, Mark Vince, Working with the compiler, not against it
Sergey Platonov
 
Василий Сорокин, Простой REST сервер на Qt с рефлексией
Sergey Platonov
 
Сергей Шамбир, Адаптация Promise/A+ для взаимодействия между C++ и Javascript
Sergey Platonov
 
Лев Казаркин, Удивительные приключения регистров SSE или в поисках одного бага
Sergey Platonov
 
Антон Бикинеев, Writing good std::future&lt; C++ >
Sergey Platonov
 
Павел Филонов, Разделяй и управляй вместе с Conan.io
Sergey Platonov
 
Антон Полухин. C++17
Sergey Platonov
 
Денис Кандров, Пушкова Евгения, QSpec: тестирование графических приложений на Qt
Sergey Platonov
 
Алексей Кутумов, Coroutines everywhere
Sergey Platonov
 
Дмитрий Нестерук, Паттерны проектирования в XXI веке
Sergey Platonov
 
Александр Тарасенко, Использование python для автоматизации отладки С/C++ код...
Sergey Platonov
 
Павел Довгалюк, Обратная отладка
Sergey Platonov
 
Dori Exterman, Considerations for choosing the parallel computing strategy th...
Sergey Platonov
 
Александр Гранин, Функциональная 'Жизнь': параллельные клеточные автоматы и к...
Sergey Platonov
 
Антон Нонко, Классические строки в C++
Sergey Platonov
 
Михаил Матросов, Повседневный С++: boost и STL
Sergey Platonov
 
Борис Сазонов, RAII потоки и CancellationToken в C++
Sergey Platonov
 
Алексей Кутумов, Вектор с нуля
Sergey Platonov
 

Дмитрий Кашицын, Троллейбус из буханки: алиасинг и векторизация в LLVM

  • 1. Alias analysis in the nutshell Дмитрий Каш цын, HDSoftии
  • 2. Как работает компилятор 1. Прочитать текст программы из файла 2. Записать исполняемый файл
  • 3. 3
  • 5. 5 Но чайник Юта суровее
  • 6. 6 Все дело в нормалях!
  • 7. 7 Нормализация векторов ● Очень частая операция в 3D графике (миллионы операций на кадр) ● Нормали используются при расчете освещения, теней, отражений и т. п. ● С помощью черной магии вычисление может быть существенно ускорено
  • 9. 9 Быстрый обратный корень ● Ключ к быстрому вычислению нормы ● Прямая работа с битовым представлением ● Числа с плавающей точкой в формате IEEE754
  • 10. 10 Стандарт IEEE 754 sign exponent (8 bits) fraction (23 bits) 02331 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 = 0.15625 30 22 (bit index) ● Представление чисел с плавающей точкой ● Поддерживаются числа одинарной (32 бита) и двойной (64 бита) точности ● Традиционный формат для современной электроники
  • 12. 12 Алгоритм rsqrt(X) 1.Вычислить половину X и запомнить 2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо
  • 13. 13 Алгоритм rsqrt(X) 1.Вычислить половину X и запомнить 2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо 3.Вычесть полученное значение из магической константы 0x5F3759DF
  • 14. 14 Алгоритм rsqrt(X) 1.Вычислить половину X и запомнить 2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо 3.Вычесть полученное значение из магической константы 0x5F3759DF ?! о_О
  • 15. 15 Алгоритм rsqrt(X) 1.Вычислить половину X и запомнить 2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо 3.Вычесть полученное значение из магической константы 0x5F3759DF ?! о_О 4.Интерпретировать разность, как первое приближение результата в float
  • 16. 16 Алгоритм rsqrt(X) 1.Вычислить половину X и запомнить 2.Сдвинуть X как uint32_t на 1 бит вправо 3.Вычесть полученное значение из магической константы 0x5F3759DF ?! о_О 4.Интерпретировать разность, как первое приближение результата в float 5.Методом Ньютона получить более точное приближение (с помощью значения из 1.)
  • 17. 17 Вариант реализации в Quake III float Q_rsqrt( float number ) { long i; float x2, y; const float threehalfs = 1.5F; x2 = number * 0.5F; y = number; // evil floating point bit level hacking i = * ( long * ) &y; i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck? y = * ( float * ) &i; y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration // y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration return y; }
  • 18. 18 Готовим плацдарм float Q_rsqrt( float number ) { long i; float x2, y; const float threehalfs = 1.5F; x2 = number * 0.5F; y = number; // evil floating point bit level hacking i = * ( long * ) &y; i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck? y = * ( float * ) &i; y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration // y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration return y; }
  • 19. 19 Вычисляем половину float Q_rsqrt( float number ) { long i; float x2, y; const float threehalfs = 1.5F; x2 = number * 0.5F; y = number; // evil floating point bit level hacking i = * ( long * ) &y; i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck? y = * ( float * ) &i; y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration // y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration return y; }
  • 20. 20 Черная магия №1 float Q_rsqrt( float number ) { long i; float x2, y; const float threehalfs = 1.5F; x2 = number * 0.5F; y = number; // evil floating point bit level hacking i = * ( long * ) &y; i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck? y = * ( float * ) &i; y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration // y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration return y; }
  • 21. 21 Черная магия №2 float Q_rsqrt( float number ) { long i; float x2, y; const float threehalfs = 1.5F; x2 = number * 0.5F; y = number; // evil floating point bit level hacking i = * ( long * ) &y; i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck? y = * ( float * ) &i; y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration // y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration return y; }
  • 22. 22 Уточнение по Ньютону float Q_rsqrt( float number ) { long i; float x2, y; const float threehalfs = 1.5F; x2 = number * 0.5F; y = number; // evil floating point bit level hacking i = * ( long * ) &y; i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the f*ck? y = * ( float * ) &i; y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration // y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration return y; }
  • 23. 23 Но зачем?! ● Используются простые битовые операции ● Позволяет вычислить значение в среднем в 4 раза быстрее, чем считать в лоб на FPU ● Забавный пример хакинга ● В современных реалиях не имеет смысла
  • 24. 24 Type Punning на примере сокетов // Прототип функции bind() int bind(int sockfd, struct sockaddr* my_addr, socklen_t addrlen); // Заполняем параметры вызова struct sockaddr_in sa = {0}; sa.sin_family = AF_INET; sa.sin_port = htons(port); // ... // Делаем вызов bind(sockfd, (struct sockaddr*) &sa, sizeof sa);
  • 25. 25 #include <sys/socket.h> /* This is the type we use for generic socket address arguments. With GCC 2.7 and later, the funky union causes redeclarations or uses with any of the listed types to be allowed without complaint. G++ 2.7 does not support transparent unions so there we want the old-style declaration, too. */ #if defined __cplusplus || !__GNUC_PREREQ (2, 7) || !defined __USE_GNU # define __SOCKADDR_ARG struct sockaddr* __restrict #else # define __SOCKADDR_ALLTYPES __SOCKADDR_ONETYPE (sockaddr) __SOCKADDR_ONETYPE (sockaddr_in) __SOCKADDR_ONETYPE (sockaddr_in6) ... # define __SOCKADDR_ONETYPE(type) struct type* __restrict __##type##__; typedef union { __SOCKADDR_ALLTYPES } __SOCKADDR_ARG __attribute__ ((__transparent_union__)); # undef __SOCKADDR_ONETYPE #endif
  • 26. 26 Объявления без оберток typedef union { struct sockaddr * __restrict __sockaddr__; struct sockaddr_in * __restrict __sockaddr_in__; struct sockaddr_in6 * __restrict __sockaddr_in6__; // ... } __SOCKADDR_ARG __attribute__ ((__transparent_union__)); extern int bind ( int __fd, const __SOCKADDR_ARG __addr, socklen_t __len ) __THROW;
  • 27. 27 Transparent union // Объявление сложного типа typedef union { int *__ip; union wait *__up; } wait_status_ptr_t __attribute__ ((__transparent_union__)); // Прототип билиотечной функции pid_t wait (wait_status_ptr_t); //Вариант вызова согласно Posix int w; wait (&w); //Вариант вызова согласно BSD 4.1 union wait w; wait (&w);
  • 28. 28 Быстрая инверсия знака float invert(float value) { uint32_t* const raw = (uint32_t*) &value; *raw ^= (1 << 31); // меняем знак return * (float*) raw; } sign exponent (8 bits) fraction (23 bits) 02331 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 = 0.15625 30 22 (bit index)
  • 29. 29 gcc 4.4.7 -m32 -O2 -fstrict-aliasing invert(float): ; пролог функции push ebp mov ebp, esp ; толкаем аргумент в стек FPU fld dword ptr [ebp+8] ; выполняем XOR по адресу аргумента sub dword ptr [ebp+8], 2147483648 ; эпилог функции pop ebp ret
  • 31. 31 Pointer aliasing ● Возникает, когда несколько указателей ссылаются на один участок памяти ● Анализ указателей позволяет выполнять более агрессивные оптимизации ● Обширные возможности стрельбы по ногам
  • 33. 33 Основные идеи оптимизаций ● Не делать то, что никому не нужно ● Не делать дважды то, что можно сделать один раз (а лучше не делать вообще) ● Если можно получить тот же результат, но меньшими усилиями — это нужно сделать ● Сокращение издержек на всех уровнях
  • 34. 34 Виды оптимизаций ● Peephole оптимизации — буквально «через замочную скважину». Локальные оптимизации в пределах базового блока ● Внутрипроцедурные оптимизации ● Межпроцедурные оптимизации ● Оптимизации во время линковки
  • 35. 35 Интересующие нас оптимизации ● Redundant Load Elimination ● Redundant Store Elimination ● Common Subexpression Elimintation
  • 36. 36 Подопытный код int sum_array(const int* input, int* max, size_t length) { int sum = 0; *max = 0; for (size_t i = 0; i < length; i++) { *max = (input[i] > *max) ? input[i] : *max; sum += input[i]; } return sum; }
  • 37. 37 Обращения к input int sum_array(const int* input, int* max, size_t length) { int sum = 0; *max = 0; for (size_t i = 0; i < length; i++) { *max = (input[i] > *max) ? input[i] : *max; sum += input[i]; } return sum; }
  • 38. 38 Обращения к max int sum_array(const int* input, int* max, size_t length) { int sum = 0; *max = 0; for (size_t i = 0; i < length; i++) { *max = (input[i] > *max) ? input[i] : *max; sum += input[i]; } return sum; }
  • 39. 39 Выделение общих подвыражений int sum_array(const int* input, int* max, size_t length) { int sum = 0; *max = 0; for (size_t i = 0; i < length; i++) { const int _max = *max; const int _input = input[i]; *max = (_input > _max) ? _input : _max; sum += _input; } return sum; }
  • 40. 40 Clang -m32 -O3 -mno-mmx -mno-sse sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 41. 41 Инициализация и загрузка аргументов sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 42. 42 Быстрая проверка на выход sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 43. 43 Инициализация цикла по массиву sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 44. 44 Вычисление максимума sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 45. 45 Запись максимума и накопление суммы sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 46. 46 Приращение переменных индукции sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 47. 47 Проверка граничного условия на выход sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 48. 48 Два чтения в цикле… sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 50. 50 Пытаемся использовать ebx sum_array(int*, int*, int): mov ecx, dword ptr [esp + 24] ; ecx = *length mov edx, dword ptr [esp + 20] ; edx = max mov dword ptr [edx], 0 ; *max = 0 xor esi, esi ; max = 0 test ecx, ecx jle .EXIT_0 ; if (! length) return sum = 0; mov edi, dword ptr [esp + 16] ; edi = & input[0] xor eax, eax ; sum = 0 .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] ; _input = input[i] cmp ebx, esi ; flag = _max > _input cmovge esi, ebx ; esi = flag ? _max : _input mov dword ptr [edx], esi ; *max = esi — add eax, dword ptr [edi] ; sum += input[i] + add eax, ebx ; sum += _input add edi, 4 dec ecx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor eax, eax ; sum = 0 .EXIT: ret
  • 51. 51 Программы пишут человеки… Хитрость компилятора легко компенсируется глупостью программиста: int fill_array(int* output, size_t length); int sum_array(const int* input, int* max, size_t length); void omg() { int array[100] = {0}; fill_array(array, 100); const int sum = sum_array(array, &array[42], 100); return sum; }
  • 52. 52 Вносим max внутрь функции int sum_array(const int* input, int* _max, size_t length) { int sum = 0; int max = 0; int * const pmax = &max; for (size_t i = 0; i < length; ++i) { *pmax = (input[i] > *pmax) ? input[i] : *pmax; sum += input[i]; } *_max = *pmax; // восстанавливаем справедливость return sum; }
  • 53. 53 В цикле используем pmax int sum_array(const int* input, int* _max, size_t length) { int sum = 0; int max = 0; int * const pmax = &max; for (size_t i = 0; i < length; ++i) { *pmax = (input[i] > *pmax) ? input[i] : *pmax; sum += input[i]; } *_max = *pmax; // восстанавливаем справедливость return sum; }
  • 54. 54 В конце — записываем out параметр int sum_array(const int* input, int* _max, size_t length) { int sum = 0; int max = 0; int * const pmax = &max; for (size_t i = 0; i < length; ++i) { *pmax = (input[i] > *pmax) ? input[i] : *pmax; sum += input[i]; } *_max = *pmax; // восстанавливаем справедливость return sum; }
  • 55. 55 Clang -m32 -O3 -mno-mmx -mno-sse sum_array(int*, int*, int): mov edx, dword ptr [esp + 24] mov ecx, dword ptr [esp + 20] xor eax, eax test edx, edx jle .EXIT_0 mov edi, dword ptr [esp + 16] xor esi, esi .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] cmp ebx, esi cmovge esi, ebx add eax, ebx add edi, 4 dec edx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor esi, esi .EXIT: mov dword ptr [ecx], esi ret
  • 56. 56 Нормальный человеческий цикл sum_array(int*, int*, int): mov edx, dword ptr [esp + 24] mov ecx, dword ptr [esp + 20] xor eax, eax test edx, edx jle .EXIT_0 mov edi, dword ptr [esp + 16] xor esi, esi .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] cmp ebx, esi cmovge esi, ebx add eax, ebx add edi, 4 dec edx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor esi, esi .EXIT: mov dword ptr [ecx], esi ret
  • 57. 57 Один раз читаем массив… sum_array(int*, int*, int): mov edx, dword ptr [esp + 24] mov ecx, dword ptr [esp + 20] xor eax, eax test edx, edx jle .EXIT_0 mov edi, dword ptr [esp + 16] xor esi, esi .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] cmp ebx, esi cmovge esi, ebx add eax, ebx add edi, 4 dec edx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor esi, esi .EXIT: mov dword ptr [ecx], esi ret
  • 58. 58 …и один раз записываем результат sum_array(int*, int*, int): mov edx, dword ptr [esp + 24] mov ecx, dword ptr [esp + 20] xor eax, eax test edx, edx jle .EXIT_0 mov edi, dword ptr [esp + 16] xor esi, esi .LOOP_BODY: mov ebx, dword ptr [edi] cmp ebx, esi cmovge esi, ebx add eax, ebx add edi, 4 dec edx jne .LOOP_BODY jmp .EXIT .EXIT_0: xor esi, esi .EXIT: mov dword ptr [ecx], esi ret
  • 59. 59 Лучше не использовать out параметры ● Переменная max переехала в тело функции ● Результаты возвращаются парой ● Компилятор может оптимизировать std::pair<int, int> sum_array(const int* input, size_t length) { int sum = 0; int max = 0; for (size_t i = 0; i < length; i++) { max = (input[i] > max) ? input[i] : max; sum += input[i]; } return std::make_pair(sum, max); }
  • 60. 60 Как все это делается?
  • 61. 61 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 62. 62 Вспоминаем основы RISC ● Простой фиксированный формат команды ● Простые регистровые операции ● Мухи и котлеты: работа с памятью отдельно от операций с регистрами
  • 63. 63 LLVM IR напоминает RISC ● Работа с памятью через load и store ● Работа с «регистрами» — SSA
  • 64. 64 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 65. 65 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, %.lr.ph 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, %.lr.ph 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 66. 66 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 67. 67 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 68. 68 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 69. 69 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 70. 70 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 71. 71 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 72. 72 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 73. 73 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 74. 74 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 75. 75 define i32 @sum_array(int*, int*, int)(i32* %input, i32* %_max, i32 %length) #0 { %1 = icmp sgt i32 %length, 0 br i1 %1, label %.lr.ph, label %._crit_edge .lr.ph: ; preds = %0, %.lr.ph %i.03 = phi i32 [ %6, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %sum.02 = phi i32 [ %5, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %max.01 = phi i32 [ %.max.0, %.lr.ph ], [ 0, %0 ] %2 = getelementptr inbounds i32, i32* %input, i32 %i.03 %3 = load i32, i32* %2, align 4 %4 = icmp sgt i32 %3, %max.01 %.max.0 = select i1 %4, i32 %3, i32 %max.01 %5 = add nsw i32 %3, %sum.02 %6 = add nuw nsw i32 %i.03, 1 %exitcond = icmp eq i32 %6, %length br i1 %exitcond, label %._crit_edge, label %.lr.ph ._crit_edge: ; preds = %.lr.ph, %0 %sum.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %5, %.lr.ph ] %max.0.lcssa = phi i32 [ 0, %0 ], [ %.max.0, %.lr.ph ] store i32 %max.0.lcssa, i32* %_max, align 4 ret i32 %sum.0.lcssa }
  • 76. 76 А где тут alias analysis?
  • 77. 77 Варианты ответа анализатора ● NoAlias — никогда не пересекаются ● MustAlias — пересекаются всегда ● MayAlias — могут пересекаться
  • 78. 78 Чему равно c? int* a = foo(); int* b = bar(); *a = 1; *b = 2; int c = *a + 1;
  • 79. 79 Эквивалентный код (MayAlias) %a = i32* call @foo %b = i32* call @bar store i32 1, i32* %a store i32 2, i32* %b %a.2 = load i32, i32* %a, align 4 %c = add nsw i32 %a.2, 1;
  • 80. 80 ● Позволяет не накосячить с оптимизацией потенциально зависимых значений ● Медленный, но корректный код ● Значение по умолчанию Отношение MayAlias:
  • 81. 81 Если указатели не пересекаются int x; int y; int* a = &x; int* b = &y; *a = 1; *b = 2; int c = *a + 1;
  • 82. 82 Эквивалентный код (NoAlias) %a = alloca i32, align 4 %b = alloca i32, align 4 store i32 1, i32* %a store i32 2, i32* %b %a.2 = load i32, i32* %a, align 4 %c = add nsw i32 %a.2, 1;
  • 83. 83 Проталкиваем константу Удаляем лишнее чтение %a = alloca i32, align 4 %b = alloca i32, align 4 store i32 1, i32* %a store i32 2, i32* %b %a.2 = load i32, i32* %a, align 4 %c = add nsw 1, 1;
  • 84. 84 Упрощаем выражение %a = alloca i32, align 4 %b = alloca i32, align 4 store i32 1, i32* %a store i32 2, i32* %b %a.2 = load i32, i32* %a, align 4 %c = add nsw 1, 1 %c = 2
  • 85. 85 NoAlias позволяет: ● Удалить лишние операции с памятью ● Выполнять перестановку операций ● Выполнять оптимизации над независимыми значениями, без оглядки друг на друга ● Результат — более эффективный код
  • 86. 86 Если указатели пересекаются int x; int* a = &x; int* b = &x; *a = 1; *b = 2; int c = *a + 1;
  • 87. 87 Эквивалентный код (MustAlias) %a = alloca i32, align 4 %b = i32* %a ; GEP, bitcast, ... store i32 1, i32* %a store i32 2, i32* %b %a.2 = load i32, i32* %a, align 4 %c = add nsw i32 %a.2, 1;
  • 88. 88 Удаляем лишнюю запись %a = alloca i32, align 4 %b = i32* %a ; GEP, bitcast, ... store i32 1, i32* %a store i32 2, i32* %b %a.2 = load i32, i32* %a, align 4 %c = add nsw i32 %a.2, 1;
  • 89. 89 Проталкиваем константу Удаляем лишнее чтение %a = alloca i32, align 4 %b = i32* %a ; GEP, bitcast, ... store i32 1, i32* %a store i32 2, i32* %b %a.2 = load i32, i32* %a, align 4 %c = add nsw 2, 1;
  • 90. 90 Упрощаем выражение %a = alloca i32, align 4 %b = i32* %a ; GEP, bitcast, ... store i32 1, i32* %a store i32 2, i32* %b %a.2 = load i32, i32* %a, align 4 %c = add nsw 2, 1 %c = 3
  • 91. 91 MustAlias позволяет: ● Доказать связь отдельных операций ● Выполнять оптимизации с учетом истории ● Результат — более эффективный код
  • 92. 92 Strict aliasing и TBAA ● Cпособ уменьшить MayAlias в пользу NoAlias и MustAlias ● Работает на базе системы типов языка и другой «внешней» для LLVM информации ● Позволяет проводить оптимизации там, где информация о контексте недостаточна
  • 93. 93 Подход С float invert(float value) { uint32_t* const raw = (uint32_t*) &value; *raw ^= (1 << 31); // меняем знак return * (float*) raw; }
  • 94. 94 Strict aliasing vs Здравый смысл float invert(float value) { uint32_t* const raw = (uint32_t*) &value; *raw ^= (1 << 31); // меняем знак return * (float*) raw; } TBAA(value, raw) = TBAA(float, uint32_t) = NoAlias
  • 95. 95 Подход Fortran ● Аргументы функций всегда независимы (кроме target) ● Тем не менее, не мешает выстрелить в ногу ● Программист ожидает «2, 4, 4». В реальности будет «2, 2, 2» ... I = 1 CALL FOO(I, I) PRINT *, I END SUBROUTINE FOO(J, K) J = J + K K = J * K PRINT *, J, K END
  • 96. 96 Подход Java ● Язык запрещает опасную работу с указателями (почти) ● Escape analysis позволяет размещать объекты на стеке public String getHello() { Vector v = new Vector(); v.add("Hello"); v.add("from"); v.add("Java!"); return v.toString(); }
  • 97. 97 Подход Rust ● Иммутабельность по умолчанию ● Концепция заимствования ссылок ● Алгебраические типы данных и сопоставление по образцу ● Обобщенный код, типажи ● Выделенные unsafe блоки ● Контроль на этапе компиляции ● Отсутствие состояния гонок, потокобезопасность кода гарантируется ● Абстракции нулевой стоимости
  • 98. 98 Пример программы на Rust fn test(vec: &Vec<i32>) -> (i32, i32) { let mut sum: i32 = 0; let mut max: i32 = vec[1]; for i in vec { sum = sum + i; max = if i > &max { *i } else { max }; } (sum, max) } fn main() { let vec = vec![1, 2, 3]; let (sum, max) = test(&vec); println!("The sum is {}, max is {}", sum, max); }
  • 99. 99 Что можно почитать ● blog.llvm.org ● llvm.org/docs ● isocpp.org/std/the-standard ● doc.rust-lang.org ● halt.habrahabr.ru/topics/ ● llst.org