编译

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948 词

编译器的结构

  • 重要的系统软件
    • 识别符合语法和非法的程序
    • 生成正确且高效的代码
  • 分析部分（前端front end）
    • 词法分析，生成词素（lexeme）
    • 语法分析，生成语法树
    • 语义分析，收集类型信息，进行语义检查
    • 中间代码生成，生成intermediate representation（IR)
  • 综合部分（后端back end）
    • 代码优化，机器无关优化，生成优化后的IR
    • 代码生成，生成目标代码

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静态分析

  • 静态分析：不执行程序代码，推导程序的行为，分析程序的性质。
  • 控制流（control flow）：程序执行的流程
  • 数据量（data flow）：数据在控制流上的传递
  • 根据分析控制流和数据流，我们可以知道更多关于程序的性质（properties）
  • 根据这些性质优化代码

过程内分析和过程间分析

  • 过程内分析（intra-procedural analysis）
    • 仅在函数内部进行分析
  • 过程间分析（inter-procedural analysis）
    • 考虑函数调用时参数传递和返回值的数据流和控制流
  • 为什么过程间分析是个问题？
    • 需要通过数据流分析得知 i 的具体类型，才知道i.foo()调用的是哪个foo()
    • 根据 i 的具体类型，产生了新的控制流，i.foo()，分析继续
    • 过程间分析需要同时分析控制流和数据流—联合求解，比较复杂
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      type I interface{
          foo()
      }

      type A struct{}
      type B struct{}

      func (a *A) foo() {
          ...
      }

      func (b *B) foo() {
          ...
      }

      func bar() {
          ...
      	i.foo()
      }
      分析A.foo()，还是B.foo()?

编译器优化

  • 为什么做编译器优化
    • 用户无感知，重新编译即可获得性能效益
    • 通用性优化
  • 现状
    • 采用的优化少
    • 编译时间短，没有进行复杂的代码分析和优化
  • 编译优化的思路
    • 场景：面向后端长期执行任务
    • Tradeoff：用编译时间换取更高效的机器码
  • Best mode
    • 函数内联
    • 逃逸分析
    • 默认栈大小调整
    • 边界检查消除
    • 循环展开
    • ……
函数内联（Inling）
  • 内联：将被调用函数的函数体（callee）的副本替换到调用位置（caller）上，同时重写代码及反映参数的绑定
  • 优点
    • 消除函数调用开销，例如传递参数、保存寄存器等
    • 将过程间分析转化为过程内分析，帮助其他优化，例如逃逸分析
  • 缺点
    • 函数体变大，instruction cache（icache）不友好
    • 编译生成的Go镜像变大
  • 函数内联在大多数情况下是正向优化
  • 内联策略
    • 调用和被调函数的规模
    • …
Beast Mode
  • Go函数内联受到的限制较多
    • 语言特性，例如interface，defer等，限制了函数内联
    • 内联策略非常保守
  • Beast mode：调整函数内联的策略，使更多函数被内联
    • 降低函数调用的开销
    • 增加了其他优化的机会：逃逸分析
  • 开销
    • Go镜像增加~10%
    • 编译时间增加

逃逸分析

  • 逃逸分析：分析代码中指针的动态作用域：指针在何处可以被访问
  • 大致思路
    • 从对象分配处出发，沿着控制流，观察对象的数据流
    • 若发现指针p在当前作用域s：
      • 作为参数传递给其他函数
      • 传递给全局变量
      • 传递给其他的goroutine
      • 传递给已逃逸的指针指向的对象
    • 则指针p指向的对象逃逸出s，反之则没有逃逸出s
  • Beast mode：函数内联拓展了函数边界，更多对象不逃逸
  • 优化：未逃逸的对象可以在栈上分配
    • 对象在栈上分配和回收很快：移动sp
    • 减少在heap上的分配，降低GC负担
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