From 70a0621d1b7b28617ba8d6286d4ce87a306780e6 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Lane0218 Date: Thu, 12 Mar 2026 17:00:50 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?style(doc):=20=E9=87=8D=E6=9E=84=20Lab5=20?= =?UTF-8?q?=E6=96=87=E6=A1=A3=E7=BB=93=E6=9E=84?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- doc/Lab5-基本标量优化.md | 51 +++++++++++++++++----------------- 1 file changed, 26 insertions(+), 25 deletions(-) diff --git a/doc/Lab5-基本标量优化.md b/doc/Lab5-基本标量优化.md index 190f749..cc6d4cb 100644 --- a/doc/Lab5-基本标量优化.md +++ b/doc/Lab5-基本标量优化.md @@ -11,18 +11,30 @@ Lab5 的目标是让 IR 从“能跑”变成“跑得更好”。 需要同学完成的事情并不复杂：先理解当前 IR/CFG 结构，明确“有用代码、无用代码、不可达代码”的区别；然后实现能够运行的基础标量优化，并把这些优化接入 `PassManager`，形成可重复执行的流程；最后通过测试确认优化前后语义一致。 -## 3. Mem2Reg +## 3. 相关文件 + +以下文件与本实验内容相关，建议优先阅读。 + +- `include/ir/IR.h` +- `src/ir/passes/Mem2Reg.cpp` +- `src/ir/passes/ConstFold.cpp` +- `src/ir/passes/DCE.cpp` +- `src/ir/passes/PassManager.cpp` + +## 4. 当前基础与前置准备 + +### 4.1 Mem2Reg 在很多编译器中，AST lower 到 IR 时，局部变量通常先以“内存形式”表示，也就是先用 `alloca` 在栈上分配局部变量，再通过 `store/load` 完成写入和读取。 这种表示语义正确、实现直接，但会引入大量冗余内存访问，不利于常量传播、DCE、CSE 等标量优化。 `mem2reg`（memory to register）的目标，就是把这类 `alloca/load/store` 形式提升到 SSA 形式，让值尽量直接在 SSA Value 上传递。 -### 3.1 Mem2Reg 的核心过程 +#### 4.1.1 Mem2Reg 的核心过程 典型流程通常包括几步：先识别可提升变量，找出由 `alloca` 分配且只通过 `load/store` 访问的局部变量；再构建 CFG，明确基本块与前驱/后继关系，为后续插入 `phi` 和重命名提供基础；接着在控制流汇合点插入 `phi`，并沿支配树完成变量重命名，为每次定义分配 SSA 版本；最后删除已经被提升掉的冗余 `alloca/load/store`。 -### 3.2 Mem2Reg 的关键算法基础 +#### 4.1.2 Mem2Reg 的关键算法基础 支配树（Dominator Tree）用于描述“定义能影响到哪里”。若从入口到块 A 的所有路径都经过块 B，则 B 支配 A；变量重命名通常就建立在这层关系上，常见实现可采用 Lengauer-Tarjan 算法。 @@ -30,63 +42,52 @@ Lab5 的目标是让 IR 从“能跑”变成“跑得更好”。 如果从更高层去看，Mem2Reg 本质上就是 SSA 构造流程在“可提升局部变量”上的工程化实现。典型路线仍然是：计算支配树，计算支配边界，插入 `phi`，再完成变量重命名。 - -## 4. IR 的 use-def 关系 +### 4.2 IR 的 use-def 关系 LLVM 中通常维护完整 `Use-User` 双向关系；当前仓库是最小 IR，实现较轻量。 -### 什么是 use-def +#### 4.2.1 什么是 use-def use-def（或 def-use）描述的是“值在哪里被定义、又在哪里被使用”的关系。`def` 指某条指令产生了一个值，`use` 指其他指令把这个值当作操作数使用。 在 IR 中维护好这层关系后，优化遍就能更快回答“这个值还有人用吗”“我要把旧值替换成新值，需要改哪些地方”这类问题。 -### use-def 的作用 +#### 4.2.2 use-def 的作用 在优化阶段，use-def 关系的价值主要体现在几个方面：判断一个值是否还被使用会更直接，DCE 不必反复做全函数扫描；常量折叠、常量传播、复制传播这类局部重写也更容易精准找到所有使用点；同时，它还能降低很多优化遍的实现复杂度，并为后续扩展代数化简、CSE、部分冗余消除等优化打基础。 因此，把这层关系维护稳定，通常会明显降低 DCE、常量传播等优化的实现难度，也更利于后续扩展。 -## 5. 相关文件 - -以下文件与本实验内容相关，建议优先阅读。 - -- `include/ir/IR.h` -- `src/ir/passes/Mem2Reg.cpp` -- `src/ir/passes/ConstFold.cpp` -- `src/ir/passes/DCE.cpp` -- `src/ir/passes/PassManager.cpp` - -## 6. 算法说明 +## 5. 可实现的优化方向与实现提示 -### 6.1 Dead（无用代码删除） +### 5.1 Dead（无用代码删除） 可以采用“标记 + 清扫”思路：先从关键操作出发标记“有用”指令，再沿数据依赖和必要控制依赖扩展标记，最后删除未标记指令。 > 本实验不限定具体思路，实现可自由设计。 -### 6.2 Clean +### 5.2 Clean 在 DCE 之后，通常还需要对 CFG 做一轮结构化清理，例如改写冗余分支、删除或绕过空块、合并线性可拼接的基本块，以及清理不可达块。 -### 6.3 优化顺序建议 +### 5.3 优化顺序建议 这里建议只固定一个基本约束：先执行一遍 `Mem2Reg`，把 IR 提升到更适合做标量优化的形式。 其余优化遍（如 `ConstFold`、`CSE`、`DCE`、`CFGSimplify`）的组织顺序不做硬性规定，可根据你的实现自由设计；必要时也可以采用迭代方式，直到 IR 不再变化。 -### 6.4 公共子表达式消除（Common Subexpression Elimination） +### 5.4 公共子表达式消除（Common Subexpression Elimination） 如果同一个表达式在程序中被多次计算，并且其操作数在计算之间没有改变，那么就可以只计算一次并复用结果。这类优化的直接收益，是减少重复计算、压缩指令数量、提升执行效率。实现时，通常会在基本块或更大范围内记录已经出现过的表达式；当再次遇到相同表达式且操作数未变化时，直接复用之前的结果，而不是重新生成同一计算。 -## 7. 构建与验证 +## 6. 构建与验证 ```bash cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release cmake --build build -j "$(nproc)" ``` -### 7.1 观察 IR +### 6.1 观察 IR ```bash ./build/bin/compiler --emit-ir test/test_case/simple_add.sy @@ -94,7 +95,7 @@ cmake --build build -j "$(nproc)" 这条命令只适合先观察单个样例的 IR 形态。完成 Lab5 后，不能只检查 `simple_add`，还应覆盖 `test/test_case` 下全部测试用例。 -### 7.2 语义回归 +### 6.2 语义回归 ```bash ./scripts/verify_ir.sh test/test_case/simple_add.sy test/test_result/ir --run