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, which means that
 177 stack-allocation of structures is impossible.
 178 --------------------------------------------------------------------------------
 179 #22
 180 IR2 does not perform unused code flushing.
 181 --------------------------------------------------------------------------------
 182 #24
 183 a. Iterations on &REST lists, returning them as VALUES could be
 184    rewritten with &MORE vectors.
 185 b. Implement local unknown-values mv-call (useful for fast type checking).
 186 --------------------------------------------------------------------------------
 187 #26
 188 SBCL cannot derive upper bound for I and uses generic arithmetic here:
 189
 190 (defun foo (l)
 191   (declare (vector l))
 192   (dotimes (i (length l))
 193     (if (block nil
 194           (map-foo (lambda (x) (if x (return t)))
 195                    l))
 196         t
 197         nil)))
 198
 199 (So the constraint propagator or a possible future SSA-convertor
 200 should know the connection between an NLE and its CLEANUP.)
 201 --------------------------------------------------------------------------------
 202 #27
 203 Initialization of stack-allocated arrays is inefficient: we always
 204 fill the vector with zeroes, even when it is not needed (as for
 205 platforms with conservative GC or for arrays of unboxed objectes) and
 206 is performed later explicitely.
 207
 208 (This is harder than it might look at first glance, as MAKE-ARRAY is smart
 209 enough to eliminate something like ':initial-element 0'.  Such an optimization
 210 is valid if the vector is being allocated in the heap, but not if it is being
 211 allocated on the stack.  You could remove this optimization, but that makes
 212 the heap-allocated case somewhat slower...)
 213 --------------------------------------------------------------------------------
 214 #28
 215 a. Accessing raw slots in structure instances is more inefficient than
 216 it could be; if we placed raw slots before the header word, we would
 217 not need to do arithmetic at runtime to access them.  (But beware:
 218 this would complicate handling of the interior pointer).
 219
 220 b. (Also note that raw slots are currently disabled on HPPA)
 221 --------------------------------------------------------------------------------
 222 #29
 223 Python is overly zealous when converting high-level CL functions, such
 224 as MIN/MAX, LOGBITP, and LOGTEST, to low-level CL functions.  Reducing
 225 Python's aggressiveness would make it easier to effect changes such as
 226
 227 x86-64:
 228 * direct MIN/MAX on {SINGLE,DOUBLE}-FLOATs ({MIN,MAX}S{S,D})
 229
 230 x86-64:
 231 * direct LOGBITP on word-sized integers and fixnums (BT + JC)
 232
 233 x86{,-64}/PPC:
 234 * branch-free MIN/MAX on word-sized integers and fixnums (floats could
 235   be handled too, modulo safety considerations on the PPC)
 236
 237 x86-64:
 238 * efficient LOGTESTs on word-sized integers and fixnums (TEST)
 239
 240 etc., etc.
 241
 242 (The framework for this has been implemented as of 0.9.9.18; see the
 243 vm-support-routine COMBINATION-IMPLEMENTATION-STYLE and its use in
 244 src/compiler/ir1opt.lisp, IR1-OPTIMIZE-COMBINATION.  The above
 245 optimizations are left as an exercise for the reader.)
 246 --------------------------------------------------------------------------------
 247 #30
 248 (defun foo (x y)
 249   (< x y))
 250
 251 FOO's IR1 representation is roughly:
 252
 253 (defun foo (x y)
 254   (if (< x y)
 255       T
 256       NIL))
 257
 258 However, if a full call is generated for < (and similarly for other
 259 predicate functions), then the IF is unnecessary, since the return value
 260 of (< x y) is already T or NIL.
 261 --------------------------------------------------------------------------------
 262 #31
 263 The typecheck generated for a declaration like (integer 0 45) on x86 looks
 264 like:
 265
 266 ;      12B:       F6C203           TEST DL, 3
 267 ;      12E:       753B             JNE L1
 268 ;      130:       8BC2             MOV EAX, EDX
 269 ;      132:       83F800           CMP EAX, 0
 270 ;      135:       7C34             JL L1
 271 ;      137:       8BC2             MOV EAX, EDX
 272 ;      139:       3DB4000000       CMP EAX, 180
 273 ;      13E:       7F2B             JNLE L1
 274
 275 A better code sequence for this would be:
 276
 277   TEST DL, 3
 278   JNE L1
 279   MOV EAX, EDX
 280   CMP EAX, 180
 281   JBE L1
 282
 283 Doing an unsigned comparison means that, similarly to %CHECK-BOUND, we can
 284 combine the <0 and >=bound tests.  This sort of test is generated often
 285 in SBCL and any array-based code that's serious about type-checking its
 286 indices.
 287 --------------------------------------------------------------------------------
 288 #32
 289 The code for a vector bounds check on x86 (similarly on x86-64) where
 290 the vector is in EDX and the index in EAX looks like:
 291
 292 ;       49: L0:   8B5AFD           MOV EBX, [EDX-3]
 293 ;       4C:       39C3             CMP EBX, EAX
 294 ;       4E:       7632             JBE L2
 295
 296 because %CHECK-BOUND is used for bounds-checking any array dimension.
 297 A more efficient specialization (%CHECK-BOUND/VECTOR) would produce:
 298
 299   CMP [EDX-3], EAX
 300   JBE L2
 301
 302 Which is slightly shorter and avoids using a register.
 303 --------------------------------------------------------------------------------
 304 #33
 305 Reports from the Java camp indicate that using an SSE2-based
 306 floating-point backend on x86 when possible is highly preferable to
 307 using the x86 FP stack.  It would be nice if SBCL included an SSE2-based
 308 floating point backend with a compile-time option to switch between the
 309 two.
 310 --------------------------------------------------------------------------------
 311 #35
 312 Compiling
 313
 314 (defun foo (a i)
 315   (declare (type simple-vector a))
 316   (aref a i))
 317
 318 results in the following x86 code:
 319
 320 ; 115886E9:       F7C703000000     TEST EDI, 3                ; no-arg-parsing entry point
 321 ;      6EF:       7510             JNE L0
 322 ;      6F1:       8BC7             MOV EAX, EDI
 323 ;      6F3:       83F800           CMP EAX, 0
 324 ;      6F6:       7C09             JL L0
 325 ;      6F8:       8BC7             MOV EAX, EDI
 326 ;      6FA:       3DF8FFFF7F       CMP EAX, 2147483640
 327 ;      6FF:       7E0F             JLE L1
 328 ;      701: L0:   8B057C865811     MOV EAX, [#x1158867C]      ; '(MOD
 329                                                               ;   536870911)
 330 ;      707:       0F0B0A           BREAK 10                   ; error trap
 331 ;      70A:       05               BYTE #X05
 332 ;      70B:       1F               BYTE #X1F                  ; OBJECT-NOT-TYPE-ERROR
 333 ;      70C:       FECE01           BYTE #XFE, #XCE, #X01      ; EDI
 334 ;      70F:       0E               BYTE #X0E                  ; EAX
 335 ;      710: L1:   8B42FD           MOV EAX, [EDX-3]
 336 ;      713:       8BCF             MOV ECX, EDI
 337 ;      715:       39C8             CMP EAX, ECX
 338 ;      717:       7620             JBE L2
 339 ;      719:       8B540A01         MOV EDX, [EDX+ECX+1]
 340
 341 ... plus the standard return sequence and some error blocks.  The
 342 `TEST EDI, 3' and associated comparisons are to ensure that `I' is a
 343 positive fixnum.  The associated comparisons are unnecessary, as the
 344 %CHECK-BOUND VOP only requires its tested index to be a fixnum and takes
 345 care of the negative fixnum case itself.
 346
 347 {HAIRY-,}DATA-VECTOR-REF are DEFKNOWN'd with EXPLICIT-CHECK, which would
 348 seem to take care of this, but EXPLICIT-CHECK only seems to be used when
 349 compiling calls to unknown functions or similar.  Furthermore,
 350 EXPLICIT-CHECK, as NJF understands it, doesn't have the right
 351 semantics--it suppresses all type checking of arguments, whereas what we
 352 really want is to ensure that the argument is a fixnum, but not check
 353 its positiveness.
 354 --------------------------------------------------------------------------------
 355 #36
 356
 357 In #35, the CMP EAX, $foo instructions are all preceded by a MOV.  They
 358 appear to be unnecessary, but are necessary because in IR2, EDI is a
 359 DESCRIPTOR-REG, whereas EAX is an ANY-REG--and the comparison VOPs only
 360 accept ANY-REGs.  Therefore, the MOVs are "necessary" to ensure that the
 361 comparison VOP receives an TN of the appropriate storage class.
 362
 363 Obviously, it would be better if a) we only performed one MOV prior to
 364 all three comparisons or b) eliminated the necessity of the MOV(s)
 365 altogether.  The former option is probably easier than the latter.
 366
 367 --------------------------------------------------------------------------------
 368 #38
 369
 370 (setf (subseq s1 start1 end1) (subseq s2 start2 end1))
 371
 372 could be transformed into
 373
 374 (let ((#:s2 s2)
 375       (#:start2 start2)
 376       (#:end2 end2))
 377  (replace s1 #:s2 :start1 start1 :end1 end1 :start2 #:start2 :end2 #:end2))
 378
 379 when the return value is unused, avoiding the need to cons up the new sequence.
 380
 381 --------------------------------------------------------------------------------
 382 #39
 383
 384 (let ((*foo* 42)) ...)
 385
 386 currently compiles to code that ensures the TLS index at runtime, which
 387 is both a decently large chunk of code and unnecessary, as we could ensure
 388 the TLS index at load-time as well.
 389
 390 --------------------------------------------------------------------------------
 391 #40
 392
 393 When FTYPE is declared -- to say (function (t t t t t) t), and
 394 function has a compiler-macro,
 395
 396   (apply #'foo 'x1 x2 'x3 more)
 397
 398 can be transformed into
 399
 400   (apply (lambda (x2 x4 x5) (foo 'x1 x2 'x3 x4 x5)) x2 more)
 401
 402 which allows compiler-macro-expansion for FOO. (Only constant
 403 arguments can be moved inside the new lambda -- otherwise evaluation
 404 order is altered.)