OPTIMIZATIONS

   1 #1
   2 (defun mysl (s)
   3     (declare (simple-string s))
   4     (declare (optimize (speed 3) (safety 0) (debug 0)))
   5     (let ((c 0))
   6       (declare (fixnum c))
   7       (dotimes (i (length s))
   8         (when (eql (aref s i) #\1)
   9           (incf c)))
  10       c))
  11
  12 * On X86 I is represented as a tagged integer.
  13
  14 * Unnecessary move:
  15   3: SLOT S!11[EDX] {SB-C::VECTOR-LENGTH 1 7} => t23[EAX]
  16   4: MOVE t23[EAX] => t24[EBX]
  17
  18 --------------------------------------------------------------------------------
  19 #2
  20 (defun quux (v)
  21   (declare (optimize (speed 3) (safety 0) (space 2) (debug 0)))
  22   (declare (type (simple-array double-float 1) v))
  23   (let ((s 0d0))
  24     (declare (type double-float s))
  25     (dotimes (i (length v))
  26       (setq s (+ s (aref v i))))
  27     s))
  28
  29 * Python does not combine + with AREF, so generates extra move and
  30   allocates a register.
  31
  32 * On X86 Python thinks that all FP registers are directly accessible
  33   and emits costy MOVE ... => FR1.
  34
  35 --------------------------------------------------------------------------------
  36 #3
  37 (defun bar (n)
  38   (declare (optimize (speed 3) (safety 0) (space 2))
  39            (type fixnum n))
  40   (let ((v (make-list n)))
  41     (setq v (make-array n))
  42     (length v)))
  43
  44 * IR1 does not optimize away (MAKE-LIST N).
  45 --------------------------------------------------------------------------------
  46 #4
  47 (defun bar (v1 v2)
  48   (declare (optimize (speed 3) (safety 0) (space 2))
  49            (type (simple-array base-char 1) v1 v2))
  50   (dotimes (i (length v1))
  51     (setf (aref v2 i) (aref v1 i))))
  52
  53 VOP DATA-VECTOR-SET/SIMPLE-STRING V2!14[EDI] t32[EAX] t30[S2]>t33[CL]
  54                                   => t34[S2]<t35[AL]
  55         MOV     #<TN t33[CL]>, #<TN t30[S2]>
  56         MOV     BYTE PTR [EDI+EAX+1], #<TN t33[CL]>
  57         MOV     #<TN t35[AL]>, #<TN t33[CL]>
  58         MOV     #<TN t34[S2]>, #<TN t35[AL]>
  59
  60 * The value of DATA-VECTOR-SET is not used, so there is no need in the
  61   last two moves.
  62
  63 * And why two moves?
  64 --------------------------------------------------------------------------------
  65 #8
  66 (defun foo (d)
  67   (declare (optimize (speed 3) (safety 0) (debug 0)))
  68   (declare (type (double-float 0d0 1d0) d))
  69   (loop for i fixnum from 1 to 5
  70         for x1 double-float = (sin d) ;;; !!!
  71         do (loop for j fixnum from 1 to 4
  72                  sum x1 double-float)))
  73
  74 Without the marked declaration Python will use boxed representation for X1.
  75
  76 This is equivalent to
  77
  78 (let ((x nil))
  79   (setq x 0d0)
  80   ;; use of X as DOUBLE-FLOAT
  81 )
  82
  83 The initial binding is effectless, and without it X is of type
  84 DOUBLE-FLOAT. Unhopefully, IR1 does not optimize away effectless
  85 SETs/bindings, and IR2 does not perform type inference.
  86 --------------------------------------------------------------------------------
  87 #9 "Multi-path constant folding"
  88 (defun foo (x)
  89   (if (= (cond ((irgh x) 0)
  90                ((buh x) 1)
  91                (t 2))
  92          0)
  93       :yes
  94       :no))
  95
  96 This code could be optimized to
  97
  98 (defun foo (x)
  99   (cond ((irgh x) :yes)
 100         ((buh x) :no)
 101         (t :no)))
 102 --------------------------------------------------------------------------------
 103 #11
 104 (inverted variant of #9)
 105
 106 (lambda (x)
 107   (let ((y (sap-alien x c-string)))
 108     (list (alien-sap y)
 109           (alien-sap y))))
 110
 111 It could be optimized to
 112
 113 (lambda (x) (list x x))
 114
 115 (if Y were used only once, the current compiler would optimize it)
 116 --------------------------------------------------------------------------------
 117 #12
 118 (typep (truly-the (simple-array * (*)) x) 'simple-vector)
 119
 120 tests lowtag.
 121 --------------------------------------------------------------------------------
 122 #13
 123 FAST-+/FIXNUM and similar should accept unboxed arguments in interests
 124 of representation selection. Problem: inter-TN dependencies.
 125 --------------------------------------------------------------------------------
 126 #14
 127 The derived type of (/ (THE (DOUBLE-FLOAT (0D0)) X) (THE (DOUBLE-FLOAT
 128 1D0) Y)) is (DOUBLE-FLOAT 0.0d0). While it might be reasonable, it is
 129 better to derive (OR (MEMBER 0.0d0) (DOUBLE-FLOAT (0.0d0))).
 130 --------------------------------------------------------------------------------
 131 #15
 132 On the alpha, the system is reluctant to refer directly to a constant bignum,
 133 preferring to load a large constant through a slow sequence of instructions,
 134 then cons up a bignum for it:
 135
 136 (LAMBDA (A)
 137   (DECLARE (OPTIMIZE (SAFETY 1) (SPEED 3) (DEBUG 1))
 138            (TYPE (INTEGER -10000 10000) A)
 139            (IGNORABLE A))
 140   (CASE A
 141     ((89 125 16) (ASH A (MIN 18 -706)))
 142     (T (DPB -3 (BYTE 30 30) -1))))
 143 --------------------------------------------------------------------------------
 144 #16
 145 (do ((i 0 (1+ i)))
 146     ((= i (the (integer 0 100) n)))
 147   ...)
 148
 149 It is commonly expected for Python to derive (FIXNUMP I). (If ``='' is
 150 replaced with ``>='', Python will do.)
 151 --------------------------------------------------------------------------------
 152 #17
 153 Type tests for (ARRAY BIT), (ARRAY T) and similar go through full
 154 %TYPEP, even though it is relatively simple to establish the arrayness
 155 of an object and also to obtain the element type of an array.  As of
 156 sbcl-0.8.12.30, this affects at least DUMP-OBJECT through
 157 COMPOUND-OBJECT-P, and (LABELS MAYBE-EMIT-MAKE-LOAD-FORMS GROVEL)
 158 through TYPEP UNBOXED-ARRAY, within the compiler itself.
 159 --------------------------------------------------------------------------------
 160 #18
 161 (lambda (x) (declare (null x)) (sxhash x)) goes through SYMBOL-HASH
 162 rather than either constant-folding or manipulating NIL-VALUE or
 163 NULL-TN directly.
 164 --------------------------------------------------------------------------------
 165 #20
 166 (defun-with-dx foo (x)
 167   (flet ((make (x)
 168            (let ((l (list nil nil)))
 169              (setf (first l) x)
 170              (setf (second l) (1- x))
 171              l)))
 172     (let ((l (make x)))
 173       (declare (dynamic-extent l))
 174       (mapc #'print l))))
 175
 176 Result of MAKE is not stack allocated.
 177 --------------------------------------------------------------------------------
 178 #22
 179 IR2 does not perform unused code flushing.
 180 --------------------------------------------------------------------------------
 181 #24
 182 a. Iterations on &REST lists, returning them as VALUES could be
 183    rewritten with &MORE vectors.
 184 b. Implement local unknown-values mv-call (useful for fast type checking).
 185 --------------------------------------------------------------------------------
 186 #26
 187 SBCL cannot derive upper bound for I and uses generic arithmetic here:
 188
 189 (defun foo (l)
 190   (declare (vector l))
 191   (dotimes (i (length l))
 192     (if (block nil
 193           (map-foo (lambda (x) (if x (return t)))
 194                    l))
 195         t
 196         nil)))
 197
 198 (So the constraint propagator or a possible future SSA-convertor
 199 should know the connection between an NLE and its CLEANUP.)
 200 --------------------------------------------------------------------------------
 201 #27
 202 Initialization of stack-allocated arrays is inefficient: we always
 203 fill the vector with zeroes, even when it is not needed (as for
 204 platforms with conservative GC or for arrays of unboxed objectes) and
 205 is performed later explicitely.
 206
 207 (This is harder than it might look at first glance, as MAKE-ARRAY is smart
 208 enough to eliminate something like ':initial-element 0'.  Such an optimization
 209 is valid if the vector is being allocated in the heap, but not if it is being
 210 allocated on the stack.  You could remove this optimization, but that makes
 211 the heap-allocated case somewhat slower...)
 212 --------------------------------------------------------------------------------
 213 #28
 214 a. Accessing raw slots in structure instances is more inefficient than
 215 it could be; if we placed raw slots before the header word, we would
 216 not need to do arithmetic at runtime to access them.  (But beware:
 217 this would complicate handling of the interior pointer).
 218
 219 b. (Also note that raw slots are currently disabled on HPPA)
 220 --------------------------------------------------------------------------------
 221 #29
 222 Python is overly zealous when converting high-level CL functions, such
 223 as MIN/MAX, LOGBITP, and LOGTEST, to low-level CL functions.  Reducing
 224 Python's aggressiveness would make it easier to effect changes such as
 225
 226 x86-64:
 227 * direct MIN/MAX on {SINGLE,DOUBLE}-FLOATs ({MIN,MAX}S{S,D})
 228
 229 x86-64:
 230 * direct LOGBITP on word-sized integers and fixnums (BT + JC)
 231
 232 x86{,-64}/PPC:
 233 * branch-free MIN/MAX on word-sized integers and fixnums (floats could
 234   be handled too, modulo safety considerations on the PPC)
 235
 236 x86-64:
 237 * efficient LOGTESTs on word-sized integers and fixnums (TEST)
 238
 239 etc., etc.
 240
 241 (The framework for this has been implemented as of 0.9.9.18; see the
 242 vm-support-routine COMBINATION-IMPLEMENTATION-STYLE and its use in
 243 src/compiler/ir1opt.lisp, IR1-OPTIMIZE-COMBINATION.  The above
 244 optimizations are left as an exercise for the reader.)
 245 --------------------------------------------------------------------------------
 246 #30
 247 (defun foo (x y)
 248   (< x y))
 249
 250 FOO's IR1 representation is roughly:
 251
 252 (defun foo (x y)
 253   (if (< x y)
 254       T
 255       NIL))
 256
 257 However, if a full call is generated for < (and similarly for other
 258 predicate functions), then the IF is unnecessary, since the return value
 259 of (< x y) is already T or NIL.
 260 --------------------------------------------------------------------------------
 261 #31
 262 The typecheck generated for a declaration like (integer 0 45) on x86 looks
 263 like:
 264
 265 ;      12B:       F6C203           TEST DL, 3
 266 ;      12E:       753B             JNE L1
 267 ;      130:       8BC2             MOV EAX, EDX
 268 ;      132:       83F800           CMP EAX, 0
 269 ;      135:       7C34             JL L1
 270 ;      137:       8BC2             MOV EAX, EDX
 271 ;      139:       3DB4000000       CMP EAX, 180
 272 ;      13E:       7F2B             JNLE L1
 273
 274 A better code sequence for this would be:
 275
 276   TEST DL, 3
 277   JNE L1
 278   MOV EAX, EDX
 279   CMP EAX, 180
 280   JBE L1
 281
 282 Doing an unsigned comparison means that, similarly to %CHECK-BOUND, we can
 283 combine the <0 and >=bound tests.  This sort of test is generated often
 284 in SBCL and any array-based code that's serious about type-checking its
 285 indices.
 286 --------------------------------------------------------------------------------
 287 #32
 288 The code for a vector bounds check on x86 (similarly on x86-64) where
 289 the vector is in EDX and the index in EAX looks like:
 290
 291 ;       49: L0:   8B5AFD           MOV EBX, [EDX-3]
 292 ;       4C:       39C3             CMP EBX, EAX
 293 ;       4E:       7632             JBE L2
 294
 295 because %CHECK-BOUND is used for bounds-checking any array dimension.
 296 A more efficient specialization (%CHECK-BOUND/VECTOR) would produce:
 297
 298   CMP [EDX-3], EAX
 299   JBE L2
 300
 301 Which is slightly shorter and avoids using a register.
 302 --------------------------------------------------------------------------------
 303 #33
 304 Reports from the Java camp indicate that using an SSE2-based
 305 floating-point backend on x86 when possible is highly preferable to
 306 using the x86 FP stack.  It would be nice if SBCL included an SSE2-based
 307 floating point backend with a compile-time option to switch between the
 308 two.
 309 --------------------------------------------------------------------------------
 310 #35
 311 Compiling
 312
 313 (defun foo (a i)
 314   (declare (type simple-vector a))
 315   (aref a i))
 316
 317 results in the following x86 code:
 318
 319 ; 115886E9:       F7C703000000     TEST EDI, 3                ; no-arg-parsing entry point
 320 ;      6EF:       7510             JNE L0
 321 ;      6F1:       8BC7             MOV EAX, EDI
 322 ;      6F3:       83F800           CMP EAX, 0
 323 ;      6F6:       7C09             JL L0
 324 ;      6F8:       8BC7             MOV EAX, EDI
 325 ;      6FA:       3DF8FFFF7F       CMP EAX, 2147483640
 326 ;      6FF:       7E0F             JLE L1
 327 ;      701: L0:   8B057C865811     MOV EAX, [#x1158867C]      ; '(MOD
 328                                                               ;   536870911)
 329 ;      707:       0F0B0A           BREAK 10                   ; error trap
 330 ;      70A:       05               BYTE #X05
 331 ;      70B:       1F               BYTE #X1F                  ; OBJECT-NOT-TYPE-ERROR
 332 ;      70C:       FECE01           BYTE #XFE, #XCE, #X01      ; EDI
 333 ;      70F:       0E               BYTE #X0E                  ; EAX
 334 ;      710: L1:   8B42FD           MOV EAX, [EDX-3]
 335 ;      713:       8BCF             MOV ECX, EDI
 336 ;      715:       39C8             CMP EAX, ECX
 337 ;      717:       7620             JBE L2
 338 ;      719:       8B540A01         MOV EDX, [EDX+ECX+1]
 339
 340 ... plus the standard return sequence and some error blocks.  The
 341 `TEST EDI, 3' and associated comparisons are to ensure that `I' is a
 342 positive fixnum.  The associated comparisons are unnecessary, as the
 343 %CHECK-BOUND VOP only requires its tested index to be a fixnum and takes
 344 care of the negative fixnum case itself.
 345
 346 {HAIRY-,}DATA-VECTOR-REF are DEFKNOWN'd with EXPLICIT-CHECK, which would
 347 seem to take care of this, but EXPLICIT-CHECK only seems to be used when
 348 compiling calls to unknown functions or similar.  Furthermore,
 349 EXPLICIT-CHECK, as NJF understands it, doesn't have the right
 350 semantics--it suppresses all type checking of arguments, whereas what we
 351 really want is to ensure that the argument is a fixnum, but not check
 352 its positiveness.
 353 --------------------------------------------------------------------------------
 354 #36
 355
 356 In #35, the CMP EAX, $foo instructions are all preceded by a MOV.  They
 357 appear to be unnecessary, but are necessary because in IR2, EDI is a
 358 DESCRIPTOR-REG, whereas EAX is an ANY-REG--and the comparison VOPs only
 359 accept ANY-REGs.  Therefore, the MOVs are "necessary" to ensure that the
 360 comparison VOP receives an TN of the appropriate storage class.
 361
 362 Obviously, it would be better if a) we only performed one MOV prior to
 363 all three comparisons or b) eliminated the necessity of the MOV(s)
 364 altogether.  The former option is probably easier than the latter.
 365
 366 --------------------------------------------------------------------------------
 367 #38
 368
 369 (setf (subseq s1 start1 end1) (subseq s2 start2 end1))
 370
 371 could be transformed into
 372
 373 (let ((#:s2 s2)
 374       (#:start2 start2)
 375       (#:end2 end2))
 376  (replace s1 #:s2 :start1 start1 :end1 end1 :start2 #:start2 :end2 #:end2))
 377
 378 when the return value is unused, avoiding the need to cons up the new sequence.
 379
 380 --------------------------------------------------------------------------------
 381 #39
 382
 383 (let ((*foo* 42)) ...)
 384
 385 currently compiles to code that ensures the TLS index at runtime, which
 386 is both a decently large chunk of code and unnecessary, as we could ensure
 387 the TLS index at load-time as well.
 388
 389 --------------------------------------------------------------------------------
 390 #40
 391
 392 When FTYPE is declared -- to say (function (t t t t t) t), and
 393 function has a compiler-macro,
 394
 395   (apply #'foo 'x1 x2 'x3 more)
 396
 397 can be transformed into
 398
 399   (apply (lambda (x2 x4 x5) (foo 'x1 x2 'x3 x4 x5)) x2 more)
 400
 401 which allows compiler-macro-expansion for FOO. (Only constant
 402 arguments can be moved inside the new lambda -- otherwise evaluation
 403 order is altered.)