Computer Science

Оптимизация со стороны компилятора — процесс улучшения производительности программы путём преобразования её исходного кода, что позволяет ускорить выполнение, снизить потребление памяти и уменьшить размер программы.

Компилятор может применить различные оптимизации на разных этапах компиляции: на уровне исходного кода, промежуточного представления и машинного кода.

Виды оптимизаций:

1. Удаление неиспользуемого кода (Dead Code Elimination): Компилятор может удалить части программы, которые не влияют на результат или не используются, что позволяет уменьшить размер и повысить производительность.
Пример: До:
int x = 5;
int y = 10;
y = y + 2;
После: Компилятор удаляет переменную x, так как она не используется в программе.

2. Инлайнинг функций (Function Inlining): Компилятор заменяет вызовы коротких функций на их тело, что устраняет накладные расходы на вызов и может ускорить выполнение.
Пример: До:
int add(int a, int b) { return a + b; }
int result = add(2, 3);
После: Компилятор заменяет вызов add(2, 3) на 2 + 3.

3. Оптимизация циклов (Loop Optimizations): Компилятор может переместить вычисления, которые не изменяются в теле цикла, за пределы цикла, или применить другие методы, чтобы улучшить производительность.
Пример: До:
for (int i = 0; i < n; i++) {
int x = 5;
printf("%d\n", x + i);
}
После: Компилятор выносит int x = 5; за пределы цикла, так как x не меняется в ходе выполнения цикла.

4. Константные выражения (Constant Folding): Компилятор вычисляет значения константных выражений на этапе компиляции, чтобы избежать их повторных вычислений во время исполнения программы.
Пример: До:
int result = 2 * 3 + 5;
После: Компилятор заменяет 2 * 3 + 5 на 11 на этапе компиляции.

5. Реорганизация инструкций (Instruction Scheduling): На уровне машинного кода компилятор может реорганизовать инструкции для оптимизации работы процессора и уменьшения задержек, связанных с зависимостями между инструкциями.
Пример: До:
LOAD R1, 0 ; R1 = 0
ADD R1, R2 ; R1 = R1 + R2
STORE R1, 0
После: Компилятор может реорганизовать инструкции, чтобы минимизировать время ожидания данных и повысить общую производительность.
_______________________________
Инструменты оптимизации:
Многие современные компиляторы предоставляют различные флаги для активации оптимизаций. Например, в GCC и Clang есть следующие уровни оптимизаций:
• -O1: Базовые оптимизации, направленные на улучшение производительности без значительных затрат на время компиляции.
• -O2: Более агрессивные оптимизации, включая улучшения в производительности и уменьшение размера.
• -O3: Максимальная агрессивность оптимизаций, включая распараллеливание и инлайнинг.
• -Os: Оптимизация под размер программы, что полезно для встроенных систем.
• -Ofast: Включает все возможные оптимизации, но может использовать небезопасные подходы (например, позволяет нарушать стандартные гарантии).

www.tgoop.com/CScience1/2941

1.4K viewsedited  Nov 18, 2024 at 10:29

Оптимизация со стороны компилятора — процесс улучшения производительности программы путём преобразования её исходного кода, что позволяет ускорить выполнение, снизить потребление памяти и уменьшить размер программы.

Компилятор может применить различные оптимизации на разных этапах компиляции: на уровне исходного кода, промежуточного представления и машинного кода.

Виды оптимизаций:

1. Удаление неиспользуемого кода (Dead Code Elimination): Компилятор может удалить части программы, которые не влияют на результат или не используются, что позволяет уменьшить размер и повысить производительность.
Пример: До:
int x = 5;
int y = 10;
y = y + 2;
После: Компилятор удаляет переменную x, так как она не используется в программе.

2. Инлайнинг функций (Function Inlining): Компилятор заменяет вызовы коротких функций на их тело, что устраняет накладные расходы на вызов и может ускорить выполнение.
Пример: До:
int add(int a, int b) { return a + b; }
int result = add(2, 3);
После: Компилятор заменяет вызов add(2, 3) на 2 + 3.

3. Оптимизация циклов (Loop Optimizations): Компилятор может переместить вычисления, которые не изменяются в теле цикла, за пределы цикла, или применить другие методы, чтобы улучшить производительность.
Пример: До:
for (int i = 0; i < n; i++) {
int x = 5;
printf("%d\n", x + i);
}
После: Компилятор выносит int x = 5; за пределы цикла, так как x не меняется в ходе выполнения цикла.

4. Константные выражения (Constant Folding): Компилятор вычисляет значения константных выражений на этапе компиляции, чтобы избежать их повторных вычислений во время исполнения программы.
Пример: До:
int result = 2 * 3 + 5;
После: Компилятор заменяет 2 * 3 + 5 на 11 на этапе компиляции.

5. Реорганизация инструкций (Instruction Scheduling): На уровне машинного кода компилятор может реорганизовать инструкции для оптимизации работы процессора и уменьшения задержек, связанных с зависимостями между инструкциями.
Пример: До:
LOAD R1, 0 ; R1 = 0
ADD R1, R2 ; R1 = R1 + R2
STORE R1, 0
После: Компилятор может реорганизовать инструкции, чтобы минимизировать время ожидания данных и повысить общую производительность.
_______________________________
Инструменты оптимизации:
Многие современные компиляторы предоставляют различные флаги для активации оптимизаций. Например, в GCC и Clang есть следующие уровни оптимизаций:
• -O1: Базовые оптимизации, направленные на улучшение производительности без значительных затрат на время компиляции.
• -O2: Более агрессивные оптимизации, включая улучшения в производительности и уменьшение размера.
• -O3: Максимальная агрессивность оптимизаций, включая распараллеливание и инлайнинг.
• -Os: Оптимизация под размер программы, что полезно для встроенных систем.
• -Ofast: Включает все возможные оптимизации, но может использовать небезопасные подходы (например, позволяет нарушать стандартные гарантии).

BY Computer Science