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 #20
 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))))
 170
 171 Result of MAKE is not stack allocated.
 172 --------------------------------------------------------------------------------
 173 #22
 174 IR2 does not perform unused code flushing.
 175 --------------------------------------------------------------------------------
 176 #24
 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 --------------------------------------------------------------------------------
 180 #26
 181 SBCL cannot derive upper bound for I and uses generic arithmetic here:
 182
 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)))
 191
 192 (So the constraint propagator or a possible future SSA-convertor
 193 should know the connection between an NLE and its CLEANUP.)
 194 --------------------------------------------------------------------------------
 195 #27
 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.
 200
 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...)
 206
 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 --------------------------------------------------------------------------------
 211 #28
 212 a. Accessing raw slots in structure instances is more inefficient than
 213 it could be; if we placed raw slots before the header word, we would
 214 not need to do arithmetic at runtime to access them.  (But beware:
 215 this would complicate handling of the interior pointer).
 216
 217 b. (Also note that raw slots are currently disabled on HPPA)
 218
 219 c. Gencgc understands raw slots interleaved with tagged slots.
 220 x86-64 supports this, and other backends should be made to as well.
 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 #31
 248 The typecheck generated for a declaration like (integer 0 45) on x86 looks
 249 like:
 250
 251 ;      12B:       F6C203           TEST DL, 3
 252 ;      12E:       753B             JNE L1
 253 ;      130:       8BC2             MOV EAX, EDX
 254 ;      132:       83F800           CMP EAX, 0
 255 ;      135:       7C34             JL L1
 256 ;      137:       8BC2             MOV EAX, EDX
 257 ;      139:       3DB4000000       CMP EAX, 180
 258 ;      13E:       7F2B             JNLE L1
 259
 260 A better code sequence for this would be:
 261
 262   TEST DL, 3
 263   JNE L1
 264   MOV EAX, EDX
 265   CMP EAX, 180
 266   JBE L1
 267
 268 Doing an unsigned comparison means that, similarly to %CHECK-BOUND, we can
 269 combine the <0 and >=bound tests.  This sort of test is generated often
 270 in SBCL and any array-based code that's serious about type-checking its
 271 indices.
 272 --------------------------------------------------------------------------------
 273 #32
 274 The code for a vector bounds check on x86 (similarly on x86-64) where
 275 the vector is in EDX and the index in EAX looks like:
 276
 277 ;       49: L0:   8B5AFD           MOV EBX, [EDX-3]
 278 ;       4C:       39C3             CMP EBX, EAX
 279 ;       4E:       7632             JBE L2
 280
 281 because %CHECK-BOUND is used for bounds-checking any array dimension.
 282 A more efficient specialization (%CHECK-BOUND/VECTOR) would produce:
 283
 284   CMP [EDX-3], EAX
 285   JBE L2
 286
 287 Which is slightly shorter and avoids using a register.
 288 --------------------------------------------------------------------------------
 289 #33
 290 Reports from the Java camp indicate that using an SSE2-based
 291 floating-point backend on x86 when possible is highly preferable to
 292 using the x86 FP stack.  It would be nice if SBCL included an SSE2-based
 293 floating point backend with a compile-time option to switch between the
 294 two.
 295 --------------------------------------------------------------------------------
 296 #35
 297 Compiling
 298
 299 (defun foo (a i)
 300   (declare (type simple-vector a))
 301   (aref a i))
 302
 303 results in the following x86 code:
 304
 305 ; 115886E9:       F7C703000000     TEST EDI, 3                ; no-arg-parsing entry point
 306 ;      6EF:       7510             JNE L0
 307 ;      6F1:       8BC7             MOV EAX, EDI
 308 ;      6F3:       83F800           CMP EAX, 0
 309 ;      6F6:       7C09             JL L0
 310 ;      6F8:       8BC7             MOV EAX, EDI
 311 ;      6FA:       3DF8FFFF7F       CMP EAX, 2147483640
 312 ;      6FF:       7E0F             JLE L1
 313 ;      701: L0:   8B057C865811     MOV EAX, [#x1158867C]      ; '(MOD
 314                                                               ;   536870911)
 315 ;      707:       0F0B0A           BREAK 10                   ; error trap
 316 ;      70A:       05               BYTE #X05
 317 ;      70B:       1F               BYTE #X1F                  ; OBJECT-NOT-TYPE-ERROR
 318 ;      70C:       FECE01           BYTE #XFE, #XCE, #X01      ; EDI
 319 ;      70F:       0E               BYTE #X0E                  ; EAX
 320 ;      710: L1:   8B42FD           MOV EAX, [EDX-3]
 321 ;      713:       8BCF             MOV ECX, EDI
 322 ;      715:       39C8             CMP EAX, ECX
 323 ;      717:       7620             JBE L2
 324 ;      719:       8B540A01         MOV EDX, [EDX+ECX+1]
 325
 326 ... plus the standard return sequence and some error blocks.  The
 327 `TEST EDI, 3' and associated comparisons are to ensure that `I' is a
 328 positive fixnum.  The associated comparisons are unnecessary, as the
 329 %CHECK-BOUND VOP only requires its tested index to be a fixnum and takes
 330 care of the negative fixnum case itself.
 331
 332 {HAIRY-,}DATA-VECTOR-REF are DEFKNOWN'd with EXPLICIT-CHECK, which would
 333 seem to take care of this, but EXPLICIT-CHECK only seems to be used when
 334 compiling calls to unknown functions or similar.  Furthermore,
 335 EXPLICIT-CHECK, as NJF understands it, doesn't have the right
 336 semantics--it suppresses all type checking of arguments, whereas what we
 337 really want is to ensure that the argument is a fixnum, but not check
 338 its positiveness.
 339 --------------------------------------------------------------------------------
 340 #36
 341
 342 In #35, the CMP EAX, $foo instructions are all preceded by a MOV.  They
 343 appear to be unnecessary, but are necessary because in IR2, EDI is a
 344 DESCRIPTOR-REG, whereas EAX is an ANY-REG--and the comparison VOPs only
 345 accept ANY-REGs.  Therefore, the MOVs are "necessary" to ensure that the
 346 comparison VOP receives an TN of the appropriate storage class.
 347
 348 Obviously, it would be better if a) we only performed one MOV prior to
 349 all three comparisons or b) eliminated the necessity of the MOV(s)
 350 altogether.  The former option is probably easier than the latter.
 351
 352 --------------------------------------------------------------------------------
 353 #38
 354
 355 (setf (subseq s1 start1 end1) (subseq s2 start2 end1))
 356
 357 could be transformed into
 358
 359 (let ((#:s2 s2)
 360       (#:start2 start2)
 361       (#:end2 end2))
 362  (replace s1 #:s2 :start1 start1 :end1 end1 :start2 #:start2 :end2 #:end2))
 363
 364 when the return value is unused, avoiding the need to cons up the new sequence.
 365
 366 --------------------------------------------------------------------------------
 367 #39
 368
 369 (let ((*foo* 42)) ...)
 370
 371 currently compiles to code that ensures the TLS index at runtime, which
 372 is both a decently large chunk of code and unnecessary, as we could ensure
 373 the TLS index at load-time as well.
 374 [Note that x86-64 already does this.]
 375
 376 --------------------------------------------------------------------------------
 377 #40
 378
 379 When FTYPE is declared -- to say (function (t t t t t) t), and
 380 function has a compiler-macro,
 381
 382   (apply #'foo 'x1 x2 'x3 more)
 383
 384 can be transformed into
 385
 386   (apply (lambda (x2 x4 x5) (foo 'x1 x2 'x3 x4 x5)) x2 more)
 387
 388 which allows compiler-macro-expansion for FOO. (Only constant
 389 arguments can be moved inside the new lambda -- otherwise evaluation
 390 order is altered.)
 391
 392 --------------------------------------------------------------------------------
 393 #41
 394
 395 The unibyte external formats are written in a very generic way.  Three
 396 optimizations immediately applicable that could be automatically
 397 generated:
 398
 399 (a) if the external format merely permutes the first 256 characters, a
 400     constant-time lookup (rather than a binary search) could be
 401     performed on output.  This applies at least to EBCDIC, which
 402     currently has a hand-rolled mapper instead.
 403
 404 (b) if there are no undefined characters corresponding to the 256
 405     codes, then no error checking need be done on input.
 406
 407 (c) if there is a way to use particular bits of the exceptional
 408     characters, constant-time output (rather than binary search) can
 409     still be achieved as used to be done by the latin-9 external
 410     format before 1.0.31.