跨文件编译模式的研究和实现

论文摘要

编译优化是编译器设计的一个重要方面，尤其是在高性能编译器设计中，先进的编译优化技术可以大幅提高编译器的性能。而影响编译优化效果的一个重要因素就是编译器的视野，视野的大小决定了在其上进行的优化技术的效果。当前应用规模的增大和面向对象的软件开发模式的流行使得应用大多分布在多个文件中，迫切需要打破传统的以过程和文件为单位的编译模式，支持跨文件的全程序编译。同时计算机硬件技术的飞速发展，内存价格的下降和带有大容量缓存的微处理器的出现等也为这种技术的实现提供了硬件的支持。 GCC是开源世界最重要的编译器，它的前端支持多语种，后端支持多目标机。良好的跨平台性，清晰的架构使其无论在大型科学计算系统还是嵌入式系统都有着广泛的应用。但是GCC目前并不支持跨文件的编译模式。 本文在分析已有跨文件编译模式的基础上，总结了进行跨文件编译时需要解决的问题，以及解决这些问题的一些方法。在此基础上，分析了GCC的前端树表示、基于调用图的优化模式、GCC的命令行参数处理机制，并提出了一个跨文件编译模式模型。基于GCC3.4，我们实现了语法树的写出，读入，全程序树表示的重构，全程序调用图的重构等功能。并最终在GCC3.4编译器上实现了这个模型。 跨文件编译模式扩大了编译器的视野，给进一步提高其他编译优化技术的精度和效果提供了一个平台。我们的测试结果表明，许多优化，如过程内联、常数传播等都可以从跨文件编译模式中获得相当大的好处。

论文目录

• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 课题主要研究内容
• 1.3 论文的主要结构
• 第二章 跨文件编译模式
• 2.1 跨文件编译模式的综述
• 2.1.1 跨文件编译模式的流程
• 2.1.2 跨文件编译模式要解决的关键问题
• 2.2 典型的跨文件编译模式
• 2.2.1 OM系统
• 2.2.2 Vortex系统
• 2.2.3 SYZYGY系统
• 2.2.4 LLVM系统
• 2.3 四种系统的比较
• 2.3.1 编译中间结果的保存时机
• 2.3.2 编译中间结果的保存形式
• 第三章 GCC 3.4分析
• 3.1 GCC3.4编译框架
• 3.2 GCC 3.4前端抽象语法树表示
• 3.2.1 语法树表示的介绍
• 3.2.2 过程的抽象语法树表示
• 3.3 基于调用图的单文件内过程间优化模式
• 3.3.1 调用图介绍
• 3.3.2 基于调用图完成单文件内过程间优化的流程
• 3.4 基于调用图的函数内联
• 3.4.1 GCC完成函数内联的一般流程
• 3.4.2 GCC完成函数内联所用的数据结构
• 3.4.3 GCC完成函数内联的核心算法
• 3.5 GCC当前优化模式的不足
• 3.6 GCC命令行参数处理机制介绍
• 第四章 跨文件编译模式的提出和实现
• 4.1 模型的介绍
• 4.1.1 模型产生的背景
• 4.1.2 模型的架构和流程
• 4.2 模型解决的问题和用到的数据结构和算法
• 4.2.1 跨文件编译模式流程的具体实现
• 4.2.2 保存抽象语法树的二进制文件的设计
• 4.2.3 抽象语法树写出的具体实现
• 4.2.4 抽象语法树读入和重构的数据结构和算法
• 4.2.5 调用图重构的数据结构和算法
• 4.3 模型的分析
• 4.3.1 模型时间复杂度分析
• 4.3.2 模型空间复杂度分析
• 第五章 试验结果和分析
• 5.1 测试环境介绍
• 5.2 对183.equake的测试
• 5.3 更进一步的测试
• 5.3.1 针对256.bzip2的测试
• 5.3.2 针对181.mcf的测试
• 5.3.3 测试总结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A GCC 3.4树结点列表
• 附录B 本课题中使用的SPEC 2000测试包的使用方法