c# - 具体来说，编译器如何积极优化生成的字节码？

Question

我一直在阅读各种编译器的功能，并且遇到了据报道许多编译器执行的术语“积极优化”。例如，LLVM 引用了以下编译时优化功能:

• 特定于内存/指针
• 循环变换
• 数据流
• 算术
• 消除死代码
• 内联

具体是什么意思？假设您有以下代码片段，您如何优化生成的字节代码以比编译器生成的代码运行得更快？我特别感兴趣的是优化 JIT 支持的运行时的字节码，例如 C#、Java 和 Flash。这很棘手，因为 JIT 只支持处理器通常执行的操作码的一个子集，这限制了您可以进行的优化量。尽管如此，我还是很想知道什么是可能的，以及究竟哪些转换可以突破 VM 的极限。

虚构的代码块:

for (i = 0; i < 100; i++){
    in = dataIn[i];
    if ((in % 5) == 0){
        out = ((in / 2) >> 16) - 10;
    }else{
        out = ((in << 5) / 2) * 50 + 10;
    }
    dataOut[i] = out;
}

编译器生成的近似伪代码，用于Flash Player等基于堆栈的JIT VM:(请原谅我的错误，这完全是手写的!)

// i = 0
label: "forInit"
   push 0
   writeTo "i"

// while i < 100
label: "forStart"
   push "i"
   push 100
   jumpIfMoreThan "forEnd"

       // in = dataIn[i];
       push "i"
       push "dataIn"
       readProp
       saveTo "in"

       // if ((in % 5) == 0)
       push "in"
       push 5
       mod
       push 0
       jumpIfNotEquals "ifPart2"
       label: ifPart1

           // out = ((in / 2) >> 16) - 10;
           push "in"
           push 2
           divide
           push 16
           rightshift
           push 10
           minus
           writeTo "out"
           goto "ifEnd"

       // else
       label: ifPart2

           // out = ((in << 5) / 2) * 50 + 10;
           push "in"
           push 5
           leftshift
           push 2
           divide
           push 50
           multiply
           push 10
           add
           writeTo "out"

       // dataOut[i] = out;
       label: ifEnd
           push "out"
           push "i"
           push "dataOut"
           writeProp

       // i++
       push "i"
       increment
       writeTo "i"

   // while i < 100
   goto "forStart"
label: "forEnd"

Answer 1

我也一直在研究这个 transformations that LLVM performs 的完整列表, 在标题下组织:

• 删除死代码
  • 积极的死代码消除
  • 消除死代码
  • 消除死角
  • 消除死类型
  • 消除死指令
  • 消除死店
  • 全局死亡消除
  • 删除死循环
• 删除不需要的数据
  • 从模块中删除所有符号
  • 去除未使用符号的调试信息
  • 剥离未使用的函数原型(prototype)
  • 剥离所有 llvm.dbg.declare 内在函数
  • 从模块中去除除 dbg 符号之外的所有符号
  • 合并重复的全局常量
  • 删除未使用的异常处理信息
• 内联函数
  • 合并函数
  • 部分内联
  • 函数集成/内联
• 循环优化
  • 闭环 SSA 表单通过
  • 循环不变代码运动
  • 将循环提取到新函数中
  • 将最多一个循环提取到一个新函数中
  • 循环强度降低
  • 旋转循环
  • 规范化自然循环
  • 展开循环
  • 取消循环
• 杂项
  • 将“通过引用”参数提升为标量
  • 组合指令以在基本 block 内形成向量指令
  • 配置文件引导的基本 block 放置
  • 在 CFG 中打断关键边
  • 优化代码生成
  • 简单的常量传播
  • 推导函数属性
  • 全局变量优化器
  • 全局值编号
  • 规范归纳变量
  • 插入用于边缘分析的仪器
  • 为边缘分析插入最佳仪器
  • 合并冗余指令
  • 内部化全局符号
  • 过程间常量传播
  • 过程间稀疏条件常数传播
  • 跳线程
  • 将原子内在函数降低为非原子形式
  • 较低的调用和展开，用于无展开代码生成器
  • 将 SwitchInst 下到分支机构
  • 促进内存内存
  • MemCpy 优化
  • 统一函数导出节点
  • 重新关联表达式
  • 将所有值降级到栈槽
  • 聚合的标量替换 (DT)
  • 稀疏条件常数传播
  • 简化知名库调用
  • 简化CFG
  • 代码下沉
  • 将 sret 参数提升为多个 ret 值
  • 尾调用消除
  • 尾部重复