Филипп Хислей - Генерация высококачественного кода для программ, написанных на СИ

• Название: Генерация высококачественного кода для программ, написанных на СИ
• Автор: Филипп Хислей
• Жанр: Программирование

---

¦ COMPUTER INNOVATIONS C86PLUS 1.10 ¦

¦ : cc -DNO_ZERO_DIVIDE=1 -c -FPi87 -Oatx ¦

¦ -G2 -Fa optbench.c ¦

¦ ¦

¦ DATALIGHT OPTIMUM-C 3.14 ¦

¦ : dlc1 optbench.c -f-g ¦

¦ dlg optbench.tmp +vbe +all ¦

¦ dlc2 optbench.tmo ¦

¦ ¦

¦ LATTICE MS-DOS C 3.2 ¦

¦ : lc -d -k2 -f -v optbench.c ¦

¦ ¦

¦ MANX AZTEC C86 4.0 ¦

¦ : cc -A +A -B -T +F +2 +ef optbench.c ¦

¦ ¦

¦ METAWARE HIGH C 1.4 ¦

¦ : hc optbench.c -def NO_ZERO_DIVIDE=1 ¦

¦ pragma Off(Check_stack, Check_subscript) ¦

¦ pragma On(286, asm, auto_reg_alloc) ¦

¦ pragma On(floating_point, optimize_xjmp) ¦

¦ pragma On(optimize_xjmp_space, use_reg_vars) ¦

¦ ¦

¦ MICROSOFT C 5.0 ¦

¦ : cl -DNO_ZERO_DIVIDE=1 -c -G2 -Fc ¦

¦ -Ox optbench.c ¦

¦ ¦

¦ MICROSOFT QUICKC 1.0 ¦

¦ : qcl -c -G2 -FPi87 -Ox d:\optbench.c ¦

¦ ¦

¦ WATCOM C 6.0 ¦

¦ : wcc d:\optbench.c /d1 /oilt /s /2 /7 ¦

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

¦ Выполняемый код для тестов оптимизации и ¦

¦ исполнения, которые использованы в этой статье, ¦

¦ генерировался с помощью этих командных строк с ¦

¦ указанными директивами компиляторов. ¦

L----------------------------------------------------

Результаты теста исполнения для каждого компилятора в малой и большой моделях памяти приводятся в таблице 1. Тесты в наборе теста исполнения организованы в функции, которые вызывались из главной управляющей процедуры. Весь набор был скомпилирован и отредактирован в один файл EXE. Некоторые из процедур теста выполняются так быстро, что единственный вызов функции невозможно точно измерить. В этих случаях функции вызываются из управляющей процедуры многократно, чтобы увеличить время выполнения для получения возможности количественных измерений. В таблице 1 приводится количество итераций для каждого теста.

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

¦Таблица 1: Результаты оптимизированного теста выполнения ¦

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

¦ COMPUTER ¦

¦ BORLAND INNOVATIONS DATALIGHT ¦

+----------------------T------------T------------T------------+

¦КОМПИЛЯТОР ¦ Turbo C ¦ C86Plus ¦ Optimum-C ¦

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

¦ВЕРСИЯ ¦ 1.5 ¦ 1.10 ¦ 3.14 ¦

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

¦ЦЕНА ¦ $99.95 ¦ $497 ¦ $139 ¦

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

¦РАЗМЕР ПРГРАММЫ(KB) ¦ 35/40 ¦ 30/38 ¦ 33/40 ¦

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

¦ОБЩИЕ ОПЕРАЦИИ (*) ¦ ¦ ¦ ¦

¦Вызовы функций ¦ 6.0/7.2 ¦ 7.6/8.2 ¦ 6.0/7.6 ¦

¦Целочисл. арифметика ¦ 7.0/7.0 ¦ 8.5/8.5 ¦ 6.3/6.3 ¦

¦Арифм-ка длинных целых¦ 29.0/29.0 ¦ 23.4/23.9 ¦ 26.3/26.9 ¦

¦Индексация ¦ 7.9/9.9 ¦ 7.9/11.4 ¦ 5.9/7.9 ¦

¦Использ-е указателей ¦ 6.2/15.3 ¦ 12.9/19.2 ¦ 6.8/15.3 ¦

¦ С регистровыми ¦ ¦ ¦ ¦

¦ переменными ¦ 6.8/15.2 ¦ 10.3/19.8 ¦ 6.8/15.3 ¦

¦Решето (Sieve) ¦ 5.0/5.0 ¦ 5.8/5.8 ¦ 4.3/3.8 ¦

¦ С регистровыми ¦ ¦ ¦ ¦

¦ переменными ¦ 6.4/6.5 ¦ 4.6/4.6 ¦ 4.3/3.8 ¦

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

¦ОПЕРАЦИИ С ФАЙЛАМИ ¦ ¦ ¦ ¦

¦Чтение и запись (**) ¦ ¦ ¦ ¦

¦ С дискеты на дискету¦ 8.2/8.2 ¦ 8.3/8.3 ¦ 8.3/8.2 ¦

¦ С жесткого диска ¦ ¦ ¦ ¦

¦ на жесткий диск ¦ 3.9/3.4 ¦ 3.9/3.9 ¦ 3.9/3.3 ¦

¦Getc и putc (***) ¦ ¦ ¦ ¦

¦ С дискеты на дискету¦ 49.8/50.6 ¦ 45.6/50.1 ¦ !13.5!/49.4¦

¦ С жесткого диска ¦ ¦ ¦ ¦

¦ на жесткий диск ¦ 17.6/18.4 ¦ 18.9/21.1 ¦ !5.5!/17.3 ¦

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

¦ОПЕРАЦИИ 80x87 ¦ ¦ ¦ ¦

¦Сложение/умножение (*)¦ 3.1/3.1 ¦ 2.8/2.8 ¦ 3.1/3.1 ¦

¦Нат. логарифм (****) ¦ 1.0/1.0 ¦ 1.3/1.3 ¦ 1.3/1.2 ¦

¦Синус/тангенс(****) ¦ 1.1/1.1 ¦ 1.5/1.5 ¦ 1.2/1.3 ¦

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

¦ Время измерялось в секундах и приводится для ¦

¦ малой/большой моделей памяти. ¦

¦ Тесты выполнялись на IBM PC/AT с тактовой частотой 6 ¦

¦ мегагерц, с сопроцессором 80287, с параметрами в ¦

¦ CONFIG.SYS FILES = 20 и BUFFERS = 20. ¦

¦ Значения, входящие в 10%-ю окрестность лучшего ¦

¦ результата, заключены в восклицательные знаки. ¦

¦ * - 20 итераций, ** - 1 итерация, *** - 2 итерации, ¦

¦ **** - 10 итераций. ¦

L--------------------------------------------------------------

 

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

¦Таблица 1: Продолжение ¦

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

¦ ¦

¦ LATTICE MANX METAWARE MICROSOFT WATCOM ¦

+---------T---------T---------T---------T---------T-----------+

¦MS-DOS C ¦Aztec C ¦High C ¦ C ¦QuickC ¦WATCOM C ¦

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

¦3.2 ¦4.0 ¦1.4 ¦5.0 ¦1.0 ¦6.0 ¦

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

¦$500 ¦$499 ¦$595 ¦$450 ¦$99 ¦$295 ¦

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

¦34/41 ¦20/24 ¦33/44 ¦28/39 ¦31/44 ¦25/30 ¦

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

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦7.5/8.1 ¦7.9/8.6 ¦6.9/9.5 ¦6.1/6.0 ¦6.5/7.5 ¦!3.8/4.5! ¦

¦7.7/7.7 ¦9.1/9.2 ¦5.8/5.8 ¦5.3/5.2 ¦6.8/6.8 ¦!3.7/3.8! ¦

¦23.3/24.3¦23.9/24.2¦27.8/29.1¦23.9/24.8¦27.8/28.7¦!20.0/21.0!¦

¦11.0/34.9¦9.0/10.5 ¦7.1/7.8 ¦!4.8!/7.2¦7.9/11.3 ¦5.4/!5.5 ¦

¦12.3/58.5¦12.8/15.3¦5.4/15.3 ¦!5.1!/9.8¦7.8/17.8 ¦6.1/!6.2! ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦12.8/58.6¦7.8/15.3 ¦!5.2!/15.3!5.1!/9.8¦7.7/17.8 ¦5.6/!6.2! ¦

¦7.1/6.9 ¦7.6/7.6 ¦5.4/5.6 ¦4.2/4.3 ¦5.3/5.4 ¦!3.2/3.4! ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦6.9/7.0 ¦5.9/6.1 ¦5.8/6.0 ¦4.2/4.3 ¦6.5/6.5 ¦!3.2/3.4! ¦

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

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦8.2/8.2 ¦8.3/8.2 ¦8.0/8.0 ¦8.3/8.2 ¦8.2/8.3 ¦8.2/8.2 ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦3.9/3.7 ¦3.9/2.8 ¦!1.0/0.9!¦3.3/3.8 ¦3.9/3.4 ¦3.4/3.4 ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦51.3/51.5¦28.6!27.7!39.8/39.8¦40.0/40.0¦40.0/40.0¦51.2/51.3 ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦21.0/26.0¦12.5!11.0!16.0/15.2¦14.8/15.7¦16.1/16.0¦19.2/20.1 ¦

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

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦4.7/4.7 ¦2.6/2.6 ¦2.6/2.1 ¦!1.7/1.7!¦3.1/3.0 ¦1.8/1.8 ¦

¦1.3/1.3 ¦1.1/1.1 ¦1.1/1.2 ¦1.0/1.0 ¦1.2/1.3 ¦!0.9/0.9! ¦

¦1.9/1.9 ¦1.3/1.3 ¦1.1/1.2 ¦1.1/1.1 ¦1.3/1.4 ¦!1.0/1.0! ¦

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

¦ Компиляторам задавались ключи для оптимизации по ¦

¦ скорости, использования непосредственных инструкций ¦

¦ процессоров 80286 и 80287. Все тесты, интенсивно ¦

¦ использующие процессор, были выиграны компиляторами ¦

¦ WATCOM и Microsoft. Не нашлось компилятора, код которого ¦

¦ для тестов ввода/вывода выполнялся бы во время, близкое к ¦

¦ лучшему, в малой и в большой моделях памяти одновременно. ¦

L--------------------------------------------------------------

При сравнении результатов в таблице 1 и в номере за февраль 1988 необходимо отметить одно изменение. Два теста с использованием регистровых переменных (использования указателей и "решето"-sieve) в феврале были измерены для 100 итераций, а не для 20-ти. Поскольку полезно непосредственное сравнение тестов с использованием регистровых переменных и без их использования, тесты с регистровыми переменными в данном случае запускались с 20-ю итерациями. Также заметьте, что численные тесты, присутствующие в таблице 1, выполнялись для прямого кода процессоров 80x87 в малой и большой моделях памяти, а не с помощью программного эмулятора.

Поскольку текст теста оптимизации предназначен для проверки наличия или отсутствия отдельных типов оптимизации, он состоит из набора отдельных, не связанных фрагментов программ, и не представляет собой целостное, проблемно-ориентированное тело программы. Тест организован как основная функция (main), содержащая большинство фрагментов кода для оптимизации, и несколько отдельных функций, с аргументами или без них. Эти функции демонстрируют не только отдельные методы оптимизации, но также оптимизацию пролога и эпилога выполняемых функций. С целью обеспечения максимальных возможностей для оптимизации, основанной на времени жизни отдельной переменной, большинство переменных теста являются глобальными. Многие возможности обеспечены специально для общих методов оптимизации, таких как удаление лишних сохранений (присваиваний), размножение констант и размещение переменных в регистрах.

Процесс оптимизации кода сложен, и степень повышения эффективности зависит не только от типа и изощренности методов оптимизации компилятора, но также и от того, как исходный текст программы написан и структурирован. Результат также зависит от того, как в исходном тексте используются переменные и выражения.