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 #19
 166   (let ((dx (if (foo)
 167                 (list x)
 168                 (list y z))))
 169     (declare (dynamic-extent dx))
 170     ...)
 171
 172 DX is not allocated on stack.
 173 --------------------------------------------------------------------------------
 174 #20
 175 (defun-with-dx foo (x)
 176   (flet ((make (x)
 177            (let ((l (list nil nil)))
 178              (setf (first l) x)
 179              (setf (second l) (1- x))
 180              l)))
 181     (let ((l (make x)))
 182       (declare (dynamic-extent l))
 183       (mapc #'print l))))
 184
 185 Result of MAKE is not stack allocated, which means that
 186 stack-allocation of structures is impossible.
 187 --------------------------------------------------------------------------------
 188 #22
 189 IR2 does not perform unused code flushing.
 190 --------------------------------------------------------------------------------
 191 #23
 192 Python does not know that &REST lists are LISTs (and cannot derive it).
 193 --------------------------------------------------------------------------------
 194 #24
 195 a. Iterations on &REST lists, returning them as VALUES could be
 196    rewritten with &MORE vectors.
 197 b. Implement local unknown-values mv-call (useful for fast type checking).
 198 --------------------------------------------------------------------------------
 199 #26
 200 SBCL cannot derive upper bound for I and uses generic arithmetic here:
 201
 202 (defun foo (l)
 203   (declare (vector l))
 204   (dotimes (i (length l))
 205     (if (block nil
 206           (map-foo (lambda (x) (if x (return t)))
 207                    l))
 208         t
 209         nil)))
 210
 211 (So the constraint propagator or a possible future SSA-convertor
 212 should know the connection between an NLE and its CLEANUP.)
 213 --------------------------------------------------------------------------------
 214 #27
 215 Initialization of stack-allocated arrays is inefficient: we always
 216 fill the vector with zeroes, even when it is not needed (as for
 217 platforms with conservative GC or for arrays of unboxed objectes) and
 218 is performed later explicitely.
 219
 220 (This is harder than it might look at first glance, as MAKE-ARRAY is smart
 221 enough to eliminate something like ':initial-element 0'.  Such an optimization
 222 is valid if the vector is being allocated in the heap, but not if it is being
 223 allocated on the stack.  You could remove this optimization, but that makes
 224 the heap-allocated case somewhat slower...)
 225 --------------------------------------------------------------------------------
 226 #28
 227 a. Accessing raw slots in structure instances is more inefficient than
 228 it could be; if we placed raw slots before the header word, we would
 229 not need to do arithmetic at runtime to access them.  (But beware:
 230 this would complicate handling of the interior pointer).
 231
 232 b. (Also note that raw slots are currently disabled on HPPA)
 233 --------------------------------------------------------------------------------
 234 #29
 235 Python is overly zealous when converting high-level CL functions, such
 236 as MIN/MAX, LOGBITP, and LOGTEST, to low-level CL functions.  Reducing
 237 Python's aggressiveness would make it easier to effect changes such as
 238
 239 x86-64:
 240 * direct MIN/MAX on {SINGLE,DOUBLE}-FLOATs ({MIN,MAX}S{S,D})
 241
 242 x86-64:
 243 * direct LOGBITP on word-sized integers and fixnums (BT + JC)
 244
 245 x86{,-64}/PPC:
 246 * branch-free MIN/MAX on word-sized integers and fixnums (floats could
 247   be handled too, modulo safety considerations on the PPC)
 248
 249 x86-64:
 250 * efficient LOGTESTs on word-sized integers and fixnums (TEST)
 251
 252 etc., etc.
 253
 254 (The framework for this has been implemented as of 0.9.9.18; see the
 255 vm-support-routine COMBINATION-IMPLEMENTATION-STYLE and its use in
 256 src/compiler/ir1opt.lisp, IR1-OPTIMIZE-COMBINATION.  The above
 257 optimizations are left as an exercise for the reader.)
 258 --------------------------------------------------------------------------------
 259 #30
 260 (defun foo (x y)
 261   (< x y))
 262
 263 FOO's IR1 representation is roughly:
 264
 265 (defun foo (x y)
 266   (if (< x y)
 267       T
 268       NIL))
 269
 270 However, if a full call is generated for < (and similarly for other
 271 predicate functions), then the IF is unnecessary, since the return value
 272 of (< x y) is already T or NIL.
 273 --------------------------------------------------------------------------------
 274 #31
 275 The typecheck generated for a declaration like (integer 0 45) on x86 looks
 276 like:
 277
 278 ;      12B:       F6C203           TEST DL, 3
 279 ;      12E:       753B             JNE L1
 280 ;      130:       8BC2             MOV EAX, EDX
 281 ;      132:       83F800           CMP EAX, 0
 282 ;      135:       7C34             JL L1
 283 ;      137:       8BC2             MOV EAX, EDX
 284 ;      139:       3DB4000000       CMP EAX, 180
 285 ;      13E:       7F2B             JNLE L1
 286
 287 A better code sequence for this would be:
 288
 289   TEST DL, 3
 290   JNE L1
 291   MOV EAX, EDX
 292   CMP EAX, 180
 293   JBE L1
 294
 295 Doing an unsigned comparison means that, similarly to %CHECK-BOUND, we can
 296 combine the <0 and >=bound tests.  This sort of test is generated often
 297 in SBCL and any array-based code that's serious about type-checking its
 298 indices.
 299 --------------------------------------------------------------------------------
 300 #32
 301 The code for a vector bounds check on x86 (similarly on x86-64) where
 302 the vector is in EDX and the index in EAX looks like:
 303
 304 ;       49: L0:   8B5AFD           MOV EBX, [EDX-3]
 305 ;       4C:       39C3             CMP EBX, EAX
 306 ;       4E:       7632             JBE L2
 307
 308 because %CHECK-BOUND is used for bounds-checking any array dimension.
 309 A more efficient specialization (%CHECK-BOUND/VECTOR) would produce:
 310
 311   CMP [EDX-3], EAX
 312   JBE L2
 313
 314 Which is slightly shorter and avoids using a register.
 315 --------------------------------------------------------------------------------
 316 #33
 317 Reports from the Java camp indicate that using an SSE2-based
 318 floating-point backend on x86 when possible is highly preferable to
 319 using the x86 FP stack.  It would be nice if SBCL included an SSE2-based
 320 floating point backend with a compile-time option to switch between the
 321 two.
 322 --------------------------------------------------------------------------------
 323 #34
 324 Compiling
 325
 326 (defun foo (x y)
 327   (declare (type (integer 0 45) x y))
 328   (+ x y))
 329
 330 results in the following error trapping code for type-checking the
 331 arguments:
 332
 333 ;      424: L0:   8B058CE31812     MOV EAX, [#x1218E38C]      ; '(MOD 46)
 334 ;      42A:       0F0B0A           BREAK 10                   ; error trap
 335 ;      42D:       05               BYTE #X05
 336 ;      42E:       1F               BYTE #X1F                  ; OBJECT-NOT-TYPE-ERROR
 337 ;      42F:       FECE01           BYTE #XFE, #XCE, #X01      ; EDI
 338 ;      432:       0E               BYTE #X0E                  ; EAX
 339 ;      433: L1:   8B0590E31812     MOV EAX, [#x1218E390]      ; '(MOD 46)
 340 ;      439:       0F0B0A           BREAK 10                   ; error trap
 341 ;      43C:       03               BYTE #X03
 342 ;      43D:       1F               BYTE #X1F                  ; OBJECT-NOT-TYPE-ERROR
 343 ;      43E:       8E               BYTE #X8E                  ; EDX
 344 ;      43F:       0E               BYTE #X0E                  ; EAX
 345
 346 Notice that '(MOD 46) has two entries in the constant vector.  Having
 347 one would be preferable.
 348 --------------------------------------------------------------------------------
 349 #35
 350 Compiling
 351
 352 (defun foo (a i)
 353   (declare (type simple-vector a))
 354   (aref a i))
 355
 356 results in the following x86 code:
 357
 358 ; 115886E9:       F7C703000000     TEST EDI, 3                ; no-arg-parsing entry point
 359 ;      6EF:       7510             JNE L0
 360 ;      6F1:       8BC7             MOV EAX, EDI
 361 ;      6F3:       83F800           CMP EAX, 0
 362 ;      6F6:       7C09             JL L0
 363 ;      6F8:       8BC7             MOV EAX, EDI
 364 ;      6FA:       3DF8FFFF7F       CMP EAX, 2147483640
 365 ;      6FF:       7E0F             JLE L1
 366 ;      701: L0:   8B057C865811     MOV EAX, [#x1158867C]      ; '(MOD
 367                                                               ;   536870911)
 368 ;      707:       0F0B0A           BREAK 10                   ; error trap
 369 ;      70A:       05               BYTE #X05
 370 ;      70B:       1F               BYTE #X1F                  ; OBJECT-NOT-TYPE-ERROR
 371 ;      70C:       FECE01           BYTE #XFE, #XCE, #X01      ; EDI
 372 ;      70F:       0E               BYTE #X0E                  ; EAX
 373 ;      710: L1:   8B42FD           MOV EAX, [EDX-3]
 374 ;      713:       8BCF             MOV ECX, EDI
 375 ;      715:       39C8             CMP EAX, ECX
 376 ;      717:       7620             JBE L2
 377 ;      719:       8B540A01         MOV EDX, [EDX+ECX+1]
 378
 379 ... plus the standard return sequence and some error blocks.  The
 380 `TEST EDI, 3' and associated comparisons are to ensure that `I' is a
 381 positive fixnum.  The associated comparisons are unnecessary, as the
 382 %CHECK-BOUND VOP only requires its tested index to be a fixnum and takes
 383 care of the negative fixnum case itself.
 384
 385 {HAIRY-,}DATA-VECTOR-REF are DEFKNOWN'd with EXPLICIT-CHECK, which would
 386 seem to take care of this, but EXPLICIT-CHECK only seems to be used when
 387 compiling calls to unknown functions or similar.  Furthermore,
 388 EXPLICIT-CHECK, as NJF understands it, doesn't have the right
 389 semantics--it suppresses all type checking of arguments, whereas what we
 390 really want is to ensure that the argument is a fixnum, but not check
 391 its positiveness.
 392 --------------------------------------------------------------------------------
 393 #36
 394
 395 In #35, the CMP EAX, $foo instructions are all preceded by a MOV.  They
 396 appear to be unnecessary, but are necessary because in IR2, EDI is a
 397 DESCRIPTOR-REG, whereas EAX is an ANY-REG--and the comparison VOPs only
 398 accept ANY-REGs.  Therefore, the MOVs are "necessary" to ensure that the
 399 comparison VOP receives an TN of the appropriate storage class.
 400
 401 Obviously, it would be better if a) we only performed one MOV prior to
 402 all three comparisons or b) eliminated the necessity of the MOV(s)
 403 altogether.  The former option is probably easier than the latter.
 404
 405 --------------------------------------------------------------------------------
 406 #38
 407
 408 (setf (subseq s1 start1 end1) (subseq s2 start2 end1))
 409
 410 could be transformed into
 411
 412 (let ((#:s2 s2)
 413       (#:start2 start2)
 414       (#:end2 end2))
 415  (replace s1 #:s2 :start1 start1 :end1 end1 :start2 #:start2 :end2 #:end2))
 416
 417 when the return value is unused, avoiding the need to cons up the new sequence.
 418
 419 --------------------------------------------------------------------------------
 420 #39
 421
 422 (let ((*foo* 42)) ...)
 423
 424 currently compiles to code that ensures the TLS index at runtime, which
 425 is both a decently large chunk of code and unnecessary, as we could ensure
 426 the TLS index at load-time as well.
 427