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 #29
 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
 215
 216 x86-64:
 217 * direct MIN/MAX on {SINGLE,DOUBLE}-FLOATs ({MIN,MAX}S{S,D})
 218
 219 x86-64:
 220 * direct LOGBITP on word-sized integers and fixnums (BT + JC)
 221
 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)
 225
 226 x86-64:
 227 * efficient LOGTESTs on word-sized integers and fixnums (TEST)
 228
 229 etc., etc.
 230
 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 --------------------------------------------------------------------------------
 236 #31
 237 The typecheck generated for a declaration like (integer 0 45) on x86 looks
 238 like:
 239
 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
 248
 249 A better code sequence for this would be:
 250
 251   TEST DL, 3
 252   JNE L1
 253   MOV EAX, EDX
 254   CMP EAX, 180
 255   JBE L1
 256
 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 --------------------------------------------------------------------------------
 262 #32
 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:
 265
 266 ;       49: L0:   8B5AFD           MOV EBX, [EDX-3]
 267 ;       4C:       39C3             CMP EBX, EAX
 268 ;       4E:       7632             JBE L2
 269
 270 because %CHECK-BOUND is used for bounds-checking any array dimension.
 271 A more efficient specialization (%CHECK-BOUND/VECTOR) would produce:
 272
 273   CMP [EDX-3], EAX
 274   JBE L2
 275
 276 Which is slightly shorter and avoids using a register.
 277 --------------------------------------------------------------------------------
 278 #33
 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 --------------------------------------------------------------------------------
 285 #35
 286 Compiling
 287
 288 (defun foo (a i)
 289   (declare (type simple-vector a))
 290   (aref a i))
 291
 292 results in the following x86 code:
 293
 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]
 314
 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.
 320
 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 --------------------------------------------------------------------------------
 329 #36
 330
 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.
 336
 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.
 340
 341 --------------------------------------------------------------------------------
 342 #38
 343
 344 (setf (subseq s1 start1 end1) (subseq s2 start2 end1))
 345
 346 could be transformed into
 347
 348 (let ((#:s2 s2)
 349       (#:start2 start2)
 350       (#:end2 end2))
 351  (replace s1 #:s2 :start1 start1 :end1 end1 :start2 #:start2 :end2 #:end2))
 352
 353 when the return value is unused, avoiding the need to cons up the new sequence.
 354
 355 --------------------------------------------------------------------------------
 356 #39
 357
 358 (let ((*foo* 42)) ...)
 359
 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.]
 364
 365 --------------------------------------------------------------------------------
 366 #40
 367
 368 When FTYPE is declared -- to say (function (t t t t t) t), and
 369 function has a compiler-macro,
 370
 371   (apply #'foo 'x1 x2 'x3 more)
 372
 373 can be transformed into
 374
 375   (apply (lambda (x2 x4 x5) (foo 'x1 x2 'x3 x4 x5)) x2 more)
 376
 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.)
 380
 381 --------------------------------------------------------------------------------
 382 #41
 383
 384 The unibyte external formats are written in a very generic way.  Three
 385 optimizations immediately applicable that could be automatically
 386 generated:
 387
 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.
 392
 393 (b) if there are no undefined characters corresponding to the 256
 394     codes, then no error checking need be done on input.
 395
 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.