Генерация высококачественного кода для программ, написанных на СИ - [6]

for(i = 0; i < 10; i++)
	a = b + c;
for(i = 0; i < 10; i++)
	d = e + f;

могут быть объединены в один цикл

for(i = 0; i < 10; i++) {
	a = b + c;
	d = e + f;
}

Поскольку для поддержки слияния циклов требуется процедурная оптимизация, в общем случае это действие не выполняется. Ни один из включенных в обзор компиляторов этот метод не применяет.

Непосредственно связано со слиянием циклов "разворачивание циклов", которое минимизирует количество проходов через цикл путем увеличения числа операций, выполняемых внутри каждой итерации. Цикл инициализации массива

int a[3];
int i;
for(i = 0; i < 3; i++)
	a[i] = 0;

странслированный компилятором без оптимизации, может получить следующий эквивалент в языке ассемблера:

mov  i,0
LOOP:
    mov  BX,i
    shl  BX,1
    mov  a[BX],0
    inc  i
    cmp  i,3
    jl   LOOP

В том же коде, оптимизированном по методу разворачивания цикла, удаляется цикл путем замещения его тремя инструкциями присваивания:

mov  a,0
mov  a+2,0
mov  a+4,0

Хотя ни один из компиляторов, включенных в обзор, не выполняет буквальное разворачивание циклов, некоторые из них оптимизируют цикл путем использования "специализированных инструкций прцессора". Многие процессоры предоставляют специализированные инструкции для управления перемещением блоков данных, инициализации памяти и других часто встречающихся ситуаций управления данными. К примеру, строковые инструкции с префиксом повторения (в семействе процессоров 80x86), выполняющиеся быстрее, чем посимвольные команды в цикле. Оптимизирующий компилятор использует, когда возможно, инструкции процессора для управления ситуациями в специальных случаях. Применение специализированных инструкций процессора к расширенной версии предыдущего примера разворачивания циклов

int a[10000];
int i;
for(i = 0; i < 10000; i++)
	a[i] = 0;

дает приведенный ниже ассемблерный код процессора 80x86. Он гораздо быстрее, чем его аналог, записанный в виде цикла или набора инструкций непосредственной засылки в память, имеющего соответствующую длину:

mov  CX,10000
mov  i,CX
sub  AX,AX
mov  DI,offset a
push DS
pop  ES
cld
rep  stosw

"Минимизация заголовков вызова функций" может существенно уменьшить время выполнения в структурированной программе. При вызове функции параметры передаются вызываемой подпрограмме в стеке, находящемся в оперативной памяти. Набор инструкций некоторых процессоров содержит инструкции, которые поддерживают потребности Си и других структурированных языков высокого уровня в установке адресации фрейма стека перед выполнением кода функции и восстановлении стекового фрейма перед завершением.

Начиная с процессора Intel 80186, семейство микропроцессоров 80x86 предоставляет инструкции ENTER и LEAVE для обработки вызовов функций. Полезность инструкции ENTER снижается, так как ее выполнение занимает гораздо больше временных циклов процессора, чем выполнение последовательности команд, осуществляющих засылку в стек базового указателя и вычитание необходимого количества байт для фрейма из указателя стека.

Альтернативой использованию стека для передачи параметров функции является задание корректно определенного протокола для передачи стольких параметров, сколько возможно, в регистрах. Если доступно достаточное количество регистров чтобы передать все параметры функции, и вызываемая функция не использует локальные переменные, то отпадает необходимость генерации кода для пролога и эпилога функции (они обычно нужны для установки адресации фрейма стека). Компилятор WATCOM C 6.0 использует этот подход (см. рис. 5). Существенное приращение скорости получается потому, что не только удаляются инструкции, но и потому, что параметры уже регистровые и могут обрабатываться более эффективно.

--------------------------------------------------------------¬

¦РИСУНОК 5: Строение заголовка вызова функции ¦

+-------------------------------------------------------------+

¦Исходный текст на Си MICROSOFT WATCOM ¦

¦(x)-врем. циклы C 5.0 C 6.0 ¦

+-------------------------------------------------------------+

¦/*Тест вызова funcall funcall ¦

¦ функции */ push bp push DX ¦

¦int funcall() mov BP,SP xor DX,DX ¦

¦{ sub SP,2 L4 mov AX,DX <-¬ ¦

¦ int i; push SI call dummy ¦ ¦

¦ sub SI,SI inc DX (23)¦

¦ for(i=0;i<20000;i++) $L20008: cmp DX,2000 ¦ ¦

¦ { dummy(i); } ; push SI <-¬ jl L4 <-- ¦

¦} call dummy ¦ pop DX ¦

¦ add SP,2 (31) ret ¦

¦int dummy(i) inc SI ¦ ¦

¦int i; cmp SI,20000 ¦ ¦

¦{ jl $L20008 <-- ¦

¦ return (i+1); mov [BP-2],SI ¦