Don't use "ansify" for self-hosted build.
[sbcl.git] / OPTIMIZATIONS
blobffe362940c8702d6bbf54cf5cac76cdb773dc614
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))
12 * On X86 I is represented as a tagged integer.
14 * Unnecessary move:
15   3: SLOT S!11[EDX] {SB-C::VECTOR-LENGTH 1 7} => t23[EAX]
16   4: MOVE t23[EAX] => t24[EBX]
18 --------------------------------------------------------------------------------
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))
29 * Python does not combine + with AREF, so generates extra move and
30   allocates a register.
32 * On X86 Python thinks that all FP registers are directly accessible
33   and emits costy MOVE ... => FR1.
35 --------------------------------------------------------------------------------
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)))
44 * IR1 does not optimize away (MAKE-LIST N).
45 --------------------------------------------------------------------------------
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))))
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]>
60 * The value of DATA-VECTOR-SET is not used, so there is no need in the
61   last two moves.
63 * And why two moves?
64 --------------------------------------------------------------------------------
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)))
74 Without the marked declaration Python will use boxed representation for X1.
76 This is equivalent to
78 (let ((x nil))
79   (setq x 0d0)
80   ;; use of X as DOUBLE-FLOAT
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))
96 This code could be optimized to
98 (defun foo (x)
99   (cond ((irgh x) :yes)
100         ((buh x) :no)
101         (t :no)))
102 --------------------------------------------------------------------------------
104 (inverted variant of #9)
106 (lambda (x)
107   (let ((y (sap-alien x c-string)))
108     (list (alien-sap y)
109           (alien-sap y))))
111 It could be optimized to
113 (lambda (x) (list x x))
115 (if Y were used only once, the current compiler would optimize it)
116 --------------------------------------------------------------------------------
118 (typep (truly-the (simple-array * (*)) x) 'simple-vector)
120 tests lowtag.
121 --------------------------------------------------------------------------------
123 FAST-+/FIXNUM and similar should accept unboxed arguments in interests
124 of representation selection. Problem: inter-TN dependencies.
125 --------------------------------------------------------------------------------
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 --------------------------------------------------------------------------------
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:
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 --------------------------------------------------------------------------------
145 (do ((i 0 (1+ i)))
146     ((= i (the (integer 0 100) n)))
147   ...)
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 --------------------------------------------------------------------------------
161 (defun-with-dx foo (x)
162   (flet ((make (x)
163            (let ((l (list nil nil)))
164              (setf (first l) x)
165              (setf (second l) (1- x))
166              l)))
167     (let ((l (make x)))
168       (declare (dynamic-extent l))
169       (mapc #'print l))))
171 Result of MAKE is not stack allocated.
172 --------------------------------------------------------------------------------
174 IR2 does not perform unused code flushing.
175 --------------------------------------------------------------------------------
177 a. Iterations on &REST lists could be rewritten with &MORE vectors.
178 b. Implement local unknown-values mv-call (useful for fast type checking).
179 --------------------------------------------------------------------------------
181 SBCL cannot derive upper bound for I and uses generic arithmetic here:
183 (defun foo (l)
184   (declare (vector l))
185   (dotimes (i (length l))
186     (if (block nil
187           (map-foo (lambda (x) (if x (return t)))
188                    l))
189         t
190         nil)))
192 (So the constraint propagator or a possible future SSA-convertor
193 should know the connection between an NLE and its CLEANUP.)
194 --------------------------------------------------------------------------------
196 Initialization of stack-allocated arrays is inefficient: we always
197 fill the vector with zeroes, even when it is not needed (as for
198 platforms with conservative GC or for arrays of unboxed objectes) and
199 is performed later explicitely.
201 (This is harder than it might look at first glance, as MAKE-ARRAY is smart
202 enough to eliminate something like ':initial-element 0'.  Such an optimization
203 is valid if the vector is being allocated in the heap, but not if it is being
204 allocated on the stack.  You could remove this optimization, but that makes
205 the heap-allocated case somewhat slower...)
207 To do this, extend ALLOCATE-VECTOR with ALLOW-JUNK argument, and when
208 stack allocating don't zero if it is true -- and probably ALLOW-JUNK iff
209 the vector is a specialized one (cannot have pointers.)
210 --------------------------------------------------------------------------------
212 Python is overly zealous when converting high-level CL functions, such
213 as MIN/MAX, LOGBITP, and LOGTEST, to low-level CL functions.  Reducing
214 Python's aggressiveness would make it easier to effect changes such as
216 x86-64:
217 * direct MIN/MAX on {SINGLE,DOUBLE}-FLOATs ({MIN,MAX}S{S,D})
219 x86-64:
220 * direct LOGBITP on word-sized integers and fixnums (BT + JC)
222 x86{,-64}/PPC:
223 * branch-free MIN/MAX on word-sized integers and fixnums (floats could
224   be handled too, modulo safety considerations on the PPC)
226 x86-64:
227 * efficient LOGTESTs on word-sized integers and fixnums (TEST)
229 etc., etc.
231 (The framework for this has been implemented as of 0.9.9.18; see the
232 vm-support-routine COMBINATION-IMPLEMENTATION-STYLE and its use in
233 src/compiler/ir1opt.lisp, IR1-OPTIMIZE-COMBINATION.  The above
234 optimizations are left as an exercise for the reader.)
235 --------------------------------------------------------------------------------
237 The typecheck generated for a declaration like (integer 0 45) on x86 looks
238 like:
240 ;      12B:       F6C203           TEST DL, 3
241 ;      12E:       753B             JNE L1
242 ;      130:       8BC2             MOV EAX, EDX
243 ;      132:       83F800           CMP EAX, 0
244 ;      135:       7C34             JL L1
245 ;      137:       8BC2             MOV EAX, EDX
246 ;      139:       3DB4000000       CMP EAX, 180
247 ;      13E:       7F2B             JNLE L1
249 A better code sequence for this would be:
251   TEST DL, 3
252   JNE L1
253   MOV EAX, EDX
254   CMP EAX, 180
255   JBE L1
257 Doing an unsigned comparison means that, similarly to %CHECK-BOUND, we can
258 combine the <0 and >=bound tests.  This sort of test is generated often
259 in SBCL and any array-based code that's serious about type-checking its
260 indices.
261 --------------------------------------------------------------------------------
263 The code for a vector bounds check on x86 (similarly on x86-64) where
264 the vector is in EDX and the index in EAX looks like:
266 ;       49: L0:   8B5AFD           MOV EBX, [EDX-3]
267 ;       4C:       39C3             CMP EBX, EAX
268 ;       4E:       7632             JBE L2
270 because %CHECK-BOUND is used for bounds-checking any array dimension.
271 A more efficient specialization (%CHECK-BOUND/VECTOR) would produce:
273   CMP [EDX-3], EAX
274   JBE L2
276 Which is slightly shorter and avoids using a register.
277 --------------------------------------------------------------------------------
279 Reports from the Java camp indicate that using an SSE2-based
280 floating-point backend on x86 when possible is highly preferable to
281 using the x86 FP stack.  It would be nice if SBCL included an SSE2-based
282 floating point backend with a compile-time option to switch between the
283 two.
284 --------------------------------------------------------------------------------
286 Compiling
288 (defun foo (a i)
289   (declare (type simple-vector a))
290   (aref a i))
292 results in the following x86 code:
294 ; 115886E9:       F7C703000000     TEST EDI, 3                ; no-arg-parsing entry point
295 ;      6EF:       7510             JNE L0
296 ;      6F1:       8BC7             MOV EAX, EDI
297 ;      6F3:       83F800           CMP EAX, 0
298 ;      6F6:       7C09             JL L0
299 ;      6F8:       8BC7             MOV EAX, EDI
300 ;      6FA:       3DF8FFFF7F       CMP EAX, 2147483640
301 ;      6FF:       7E0F             JLE L1
302 ;      701: L0:   8B057C865811     MOV EAX, [#x1158867C]      ; '(MOD
303                                                               ;   536870911)
304 ;      707:       0F0B0A           BREAK 10                   ; error trap
305 ;      70A:       05               BYTE #X05
306 ;      70B:       1F               BYTE #X1F                  ; OBJECT-NOT-TYPE-ERROR
307 ;      70C:       FECE01           BYTE #XFE, #XCE, #X01      ; EDI
308 ;      70F:       0E               BYTE #X0E                  ; EAX
309 ;      710: L1:   8B42FD           MOV EAX, [EDX-3]
310 ;      713:       8BCF             MOV ECX, EDI
311 ;      715:       39C8             CMP EAX, ECX
312 ;      717:       7620             JBE L2
313 ;      719:       8B540A01         MOV EDX, [EDX+ECX+1]
315 ... plus the standard return sequence and some error blocks.  The
316 `TEST EDI, 3' and associated comparisons are to ensure that `I' is a
317 positive fixnum.  The associated comparisons are unnecessary, as the
318 %CHECK-BOUND VOP only requires its tested index to be a fixnum and takes
319 care of the negative fixnum case itself.
321 {HAIRY-,}DATA-VECTOR-REF are DEFKNOWN'd with EXPLICIT-CHECK, which would
322 seem to take care of this, but EXPLICIT-CHECK only seems to be used when
323 compiling calls to unknown functions or similar.  Furthermore,
324 EXPLICIT-CHECK, as NJF understands it, doesn't have the right
325 semantics--it suppresses all type checking of arguments, whereas what we
326 really want is to ensure that the argument is a fixnum, but not check
327 its positiveness.
328 --------------------------------------------------------------------------------
331 In #35, the CMP EAX, $foo instructions are all preceded by a MOV.  They
332 appear to be unnecessary, but are necessary because in IR2, EDI is a
333 DESCRIPTOR-REG, whereas EAX is an ANY-REG--and the comparison VOPs only
334 accept ANY-REGs.  Therefore, the MOVs are "necessary" to ensure that the
335 comparison VOP receives an TN of the appropriate storage class.
337 Obviously, it would be better if a) we only performed one MOV prior to
338 all three comparisons or b) eliminated the necessity of the MOV(s)
339 altogether.  The former option is probably easier than the latter.
341 --------------------------------------------------------------------------------
344 (setf (subseq s1 start1 end1) (subseq s2 start2 end1))
346 could be transformed into
348 (let ((#:s2 s2)
349       (#:start2 start2)
350       (#:end2 end2))
351  (replace s1 #:s2 :start1 start1 :end1 end1 :start2 #:start2 :end2 #:end2))
353 when the return value is unused, avoiding the need to cons up the new sequence.
355 --------------------------------------------------------------------------------
358 (let ((*foo* 42)) ...)
360 currently compiles to code that ensures the TLS index at runtime, which
361 is both a decently large chunk of code and unnecessary, as we could ensure
362 the TLS index at load-time as well.
363 [Note that x86-64 already does this.]
365 --------------------------------------------------------------------------------
368 When FTYPE is declared -- to say (function (t t t t t) t), and
369 function has a compiler-macro,
371   (apply #'foo 'x1 x2 'x3 more)
373 can be transformed into
375   (apply (lambda (x2 x4 x5) (foo 'x1 x2 'x3 x4 x5)) x2 more)
377 which allows compiler-macro-expansion for FOO. (Only constant
378 arguments can be moved inside the new lambda -- otherwise evaluation
379 order is altered.)
381 --------------------------------------------------------------------------------
384 The unibyte external formats are written in a very generic way.  Three
385 optimizations immediately applicable that could be automatically
386 generated:
388 (a) if the external format merely permutes the first 256 characters, a
389     constant-time lookup (rather than a binary search) could be
390     performed on output.  This applies at least to EBCDIC, which
391     currently has a hand-rolled mapper instead.
393 (b) if there are no undefined characters corresponding to the 256
394     codes, then no error checking need be done on input.
396 (c) if there is a way to use particular bits of the exceptional
397     characters, constant-time output (rather than binary search) can
398     still be achieved as used to be done by the latin-9 external
399     format before 1.0.31.