14. コンパイラの各パスとソースファイル

コンパイラ全体の制御構造は、‘toplev.c’ に記述されている。 このファイルは、初期化、引数の解析、ファイルのオープン／クローズ、 各パスの順次実行を受け持つ。

構文解析パスは一度だけ起動され、入力全体を構文解析する。 関数が文単位で構文解析されるにつれ、その関数に対する RTL 中間コードが、 生成される。各文は、構文木として読み込まれ、その後 RTL に変換される。 その後、その文の構文木用のメモリ領域が再利用される。 型(とその大きさを表す式)、宣言、結合の概略と何重に入れ子になっているかの 表現は、関数のコンパイルが完了するまで残っている。これは、全て デバッグ情報を出力するのに必要である。

構文解析パスが、完全な関数定義か最上位の宣言を読み込む度に、 関数 rest_of_compilation か rest_of_decl_compilation を 呼び出す。これらの関数は ‘toplev.c’ にあり、 アセンブラ言語の出力で終わる、以後必要な全ての処理に責任がある。 コンパイラの他の全てのパスは、順番に、rest_of_compilation の中で 実行される。この関数がある関数定義をコンパイルする処理から戻ると、 その関数定義のコンパイルに使われた記憶領域はインライン関数でない限り 完全に解放される (see section An Inline Function is As Fast As a Macro)。

以下にコンパイラの全パスとそのソースファイルの一覧を示す。 また、‘-d’ で始まるオプションで要求されるデバッグダンプについての 解説も含めた。

• 構文解析。このパスは、一個の関数定義の全テキストを読み込み、 部分的な構文木を構成する。 このパスと RTL 生成パスはもはや実際には別々のパスではない(以前は 別々であった)が、独立したパスと考えると考えやすい。

  木表現は完全には C の文法にしたがっていない。 他の言語も同様にサポートすることを意図しているからである。

  言語固有のデータ型解析もこのパスで行なわれ、 式を表現するあらゆる木ノードには、あるデータ型が付いている。 変数は宣言ノードとして表現される。

  定数フォールディングといくつかの演算の単純化もこのパスで行なわれる。

  言語独立のパース部のソースファイルは、‘stor-layout.c’、 ‘fold-const.c’、‘tree.c’ である。 また、‘tree.h’ と ‘tree.def’ というヘッダファイルで、 木構造の表現形式で定義している。

  C 言語のパース部のソースファイルは、 ‘c-parse.in’、 ‘c-decl.c’、 ‘c-typeck.c’、 ‘c-aux-info.c’、 ‘c-convert.c’、 ‘c-lang.c’ であり、関連するヘッダファイルは ‘c-lex.h’ と ‘c-tree.h’ である。

  C++ 言語のパース部のソースファイルは、‘cp-parse.y’、‘cp-class.c’、
  ‘cp-cvt.c’、‘cp-decl.c’、‘cp-decl2.c’、 ‘cp-dem.c’、‘cp-except.c’、
  ‘cp-expr.c’、‘cp-init.c’、‘cp-lex.c’、 ‘cp-method.c’、‘cp-ptree.c’、
  ‘cp-search.c’、‘cp-tree.c’、‘cp-type2.c’、 ‘cp-typeck.c’、であり、関連するヘッダファイルは ‘cp-tree.def’、 ‘cp-tree.h’、‘cp-decl.h’ である。

  Objective C をパースする特別なソースファイルは、 ‘objc-parse.y’、‘objc-actions.c’、‘objc-tree.def’、それに ‘objc-actions.h’である。C 言語固有のファイルの幾つかも使われる。

  ファイル ‘c-common.c’ は、上記の全ての言語で使われる。

• RTL 生成。構文木を RTL コードに変換する。 実際には構文解析のパスで一文毎に変換されるのだが、 別のパスとして考えておくと色々便利である。

  この部分には、ターゲットのパラメータに依存するコードが大量にある。 これは、ある種の標準的な命令が利用可能な場合にのみ適用する必要が ある戦略が多いためである。名前付き命令パターンの目的は、 この情報を RTL 生成パスに提供することにある。

  このパスでは、比較や真偽値演算、三項演算子式である if 節の条件に対する 最適化が行なわれる。 末尾再帰もこのときに検出される。 ループをどのように編成するのが最適か、それに switch 文を どのように出力するかの決定が行なわれる。

  RTL 生成に関係するソースファイルは、 ‘stmt.c’、 ‘calls.c’、 ‘expr.c’、 ‘explow.c’、 ‘expmed.c’、 ‘function.c’、 ‘optabs.c’、 ‘emit-rtl.c’ である。 また、ファイル ‘insn-emit.c’ が、genemit プログラムにより マシン記述から生成され、このパスで使われる。 ヘッダファイル ‘expr.h’ がこのパス内の通信に使われる。

  ヘッダファイル ‘insn-flags.h’ と ‘insn-codes.h’ は、 マシン記述から genflags プログラムと gencodes プログラム により生成される。これらのファイルにより、このパスで 利用可能な標準パターン名とそれに対応するパターンが分かる。

  デバッグ情報の出力を別として、これ以降のパスでは 関数の木構造表現(これは部分的にしかセーブされない)を参照しない。

  後続の呼び出しにおいて、関数がインライン展開可能か、そしてインライ展開 すべきかは、RTL 生成の終了時に決定される。 インライン展開される関数は幾つかの規準を満たさなければならない。 この規準は現在は、関数の大きさと仮引数の型と数に関係する。 これを満たす関数は、ループや自分自身の再帰呼び出し(末尾再帰関数も インライン展開可能!)、goto 等、つまるところ、GCC がサポートしている 全ての構文を含んでいて良いことに注意して欲しい。 ファイル ‘integrate.c’ には、後のインライン展開に備えて関数の RTL を セーブし、その関数が呼び出されたときにその RTL をインライン展開するコードが 含まれている。 ヘッダファイル ‘integrate.h’ もまたこの目的に使われる。

  ‘-dr’ オプションを指定すると、このパス後の RTL コードの デバッグ出力が行なわれる。デバッグ出力のファイル名は 入力ファイル名に ‘.rtl’ を付けたものになる。

• ジャンプ最適化。このパスでは、ジャンプを越えるジャンプ、ジャンプへの ジャンプといった命令へのジャンプを単純化する。 未参照のラベルと到達不能コードを削除する。 ただし、このパスでは到達不能と認識されないループを含む到達不能コードは 削除されない。(そのようなループは、後の基本ブロック解析で削除される。) また、もともとはジャンプで書かれていたコードを、 比較の結果から直接値を設定する命令の列に変換する。 これは、その機種がそのような命令を持っている場合に行われる。

  ジャンプ最適化は二回か三回実行される。 最初は、RTL 生成の直後である。二回目は、CSE の後だが、 ただし CSE がジャンプ最適化を繰り返す必要があると判断した場合だけである。 最後は、最終パスの直前に行なわれる。このとき、 クロスジャンプと no-op 移動命令の削除が、上記の最適化と合わせて行なわれる。

  このパスのソースファイルは ‘jump.c’ である。

  ‘-dj’ オプションを指定すると、このパス後の RTL コードの デバッグ出力が行なわれる。デバッグ出力のファイル名は 入力ファイル名に ‘.jump’ を付けたものになる。

• レジスタ走査。このパスでは、各レジスタの最初と最後に使われているところを 探し、共通部分式削除の指針とする。ソースは ‘regclass.c’ である。
• ジャンプの一本化。 このパスは、全く同一の、あるいはその逆のテストへ分岐する条件ジャンプを 検出する。このようなジャンプは、二番目の条件のテストに 「一本化」できる。 このパスのソースコードは ‘jump.c’ である。 この最適化は、‘-fthread-jumps’ が有効になっているときだけ 実行される。
• 共通部分式削除。このパスでは、定数伝搬も行なう。 この部分のソースファイルは、‘cse.c’ である。 定数伝搬により、条件ジャンプが無条件ジャンプまたは NOP に変わる場合は、 ジャンプ最適化が CSE が終わった後に再度実行される。

  ‘-ds’ オプションを指定すると、このパス後の RTL コードの デバッグ出力が行なわれる。デバッグ出力のファイル名は 入力ファイル名に ‘.cse’ を付けたものになる。

• グローバル共通部分式削除。このパスは、Morel-Renvoise の部分冗長性削除 を使って GCSE を行う。ただし、ループ不変の移動は行わない。これは ループ最適化パスに任せている。このパスは、グローバル定数とコピーの 伝播も行う。

  このパスのソースファイルは gcse.c である。

  ‘-dG’ オプションを指定すると、このパス後の RTL コードのデバッグ 出力が行われる。デバッグ出力のファイル名は 入力ファイル名に ‘.gcse’ を付けたものになる。

• ループ最適化。定数式をループの外側に移動し、強度削減やループ展開も 必要に応じて行なう。 関連するソースファイルは、‘loop.c’ と ‘unroll.c’ であり、 それに加えてヘッダファイル ‘loop.h’ が情報交換用に使われる。

  コマンド行オプション ‘-dL’ を指定すると、このパス終了後の RTL コードの デバッグダンプを出力する。ダンプのファイル名は、入力ファイル名に ‘.loop’ を付けたものである。

• ‘-frerun-cse-after-loop’ オプションが指定されていると、 二回目の共通部分式の削除がループ最適化の後に行なわれる。 指定されていれば、ジャンプ最適化ももう一度行なわれる。

  コマンド行オプション ‘-dt’ を指定すると、このパス終了後の RTL コードの デバッグダンプを出力する。ダンプのファイル名は、入力ファイル名に ‘.cse2’ を付けたものである。

• 最適化を行なわないコンパイルの場合は、ここで単純レジスタ割当が 行なわれる。また、ちょっとしたデータ流解析も行なう。 単純レジスタ割当が使われる場合は、次に実行されるパスは リロードパスである。この二つのパスの間にある他のパスは飛ばされる。
• データフロー解析(‘flow.c’)。 このパスではプログラムを基本ブロックに分解し(その処理中に到達不能な ループを削除する)、どの疑似レジスタがプログラムの各点で生きているかを 計算し、ある値を最初に使う命令がその値を計算した命令を指すようにする。

  このパスでは、また、決して使われることのない結果を出す計算を削除し、 メモリ参照を加算または減算命令と組み合わせて、自動インクリメントあるいは 自動デクリメントのアドレッシングを作り出す。

  コマンド行オプション ‘-df’ を指定すると、このパス終了後の RTL コードの デバッグダンプを出力する。ダンプのファイル名は、入力ファイル名に ‘.flow’ を付けたものである。 単純な(stupid)レジスタ割当が使われているなら、 このダンプファイルは、その割当に関する全ての結果も含める。

• 命令組合せ(‘combine.c’)。 このパスでは、データフローにより関係付けられた二、または三個の 命令から成るグループを組み合わせて、一つの命令にすることを試みる。 命令に対する RTL 式を置き換えることで組合せ、その結果を代数を 使って簡素化し、最後にその結果をマシン記述と照合することを試みる。

  コマンド行オプション ‘-dc’ を指定すると、このパス終了後の RTL コードの デバッグダンプを出力する。ダンプのファイル名は、入力ファイル名に ‘.combine’ を付けたものである。

• レジスタ移動(‘regmove.c’)。このパスは、照合制約により、 強制的に命令が再ロードを必要とするようにし、その再ロードがレジスタから レジスタへの移動になるような場合を探す。次に、その命令が使用する レジスタを変更して、移動命令を回避することを試みる。

  コマンド行オプション ‘-dN’ を指定すると、このパス終了後の RTL コードの デバッグダンプを出力する。ダンプのファイル名は、入力ファイル名に ‘.regmove’ を付けたものである。

• 命令スケジューリング(‘sched.c’)。 このパスでは、後続の命令が使用する時点でその出力が利用可能にならない 命令を捜し出す。(RISC 機種では、メモリのロードと浮動小数点命令が この動作をすることが多い)。 基本ブロック内で命令の順序を変えて、定義とその使用を分離して、 パイプラインのストールを避けるようにする。

  命令スケジューリングは二回行なわれる。 一回目は命令組合せの直後で、二回目はリロードの直後である。

  コマンド行オプション ‘-dS’ を指定すると、このパス終了後の RTL コードの デバッグダンプを出力する。ダンプのファイル名は、入力ファイル名に ‘.sched’ を付けたものである。

• レジスタクラスの選択。RTL コードが操作され、 各疑似レジスタに最適なレジスタクラスを見つける。 関連ソースファイルは ‘regclass.c’ である。
• 居所レジスタ割り当て(‘local-alloc.c’)。 このパスでは、基本ブロック内でのみ使用されている疑似レジスタに ハードレジスタを割り当てる。 基本ブロックは線形なので、高速で強力な技術を使って非常に良い仕事を することが可能である。

  オプション ‘-dl’ を指定すると、このパスを終了した後の RTL コードのデバッグダンプを行なう。 出力されるダンプファイル名は、入力ファイル名に ‘.lreg’ を付けた ものになる。

• 大局的なレジスタ割当(‘global.c’)。 このパスは、残る疑似レジスタ(ライフスパンが基本ブロックに 収まらないもの)に対しハードレジスタを割り当てる。
• 再ロード。 このパスは、疑似レジスタの番号を、割り当てられたハードウェアレジスタ番号に 付け替える。ハードレジスタが割り当てられなかった疑似レジスタは スタックスロットに置き換えられる。その後、値が最終的にレジスタに 入らなかったり、正しくない種類のレジスタに入ったりしたために、 不正になった命令を探す。こういう不正な命令を、問題となる値を 一時的にレジスタに再ロードすることで修正を行なう。 そのために必要になるコピーを行なう命令が追加で生成される。

  再ロードパスでは、オプションで、フレームポインタの削除と、 呼出しの前後で呼出し時破壊レジスタのセーブ／リストアを行なう命令の 挿入も行なう。

  関係するソースファイルは ‘reload.c’ と ‘reload1.c’ で、 さらに、この両者の通信用にヘッダファイル ‘reload.h’ が 使われる。

  ‘-dg’ オプションを指定すると、このパス後の RTL コードのデバッグ出力を 行なう。デバッグ出力ファイル名は、入力ファイル名に ‘.greg’ を 付けたものになる。

• 命令スケジューリングがここで繰り返され、溢れた疑似レジスタ用に 生成されるメモリロードによるパイプラインのストールを回避することを 試みる。

  ‘-dR’ オプションを指定すると、このパス後の RTL コードのデバッグ出力を 行なう。デバッグ出力ファイル名は、入力ファイル名に ‘.sched2’ を 付けたものになる。

• ジャンプ最適化が繰り返される。今度は、交差ジャンプと、なんの効果も ない移動命令の削除が含まれる。

  ‘-dJ’ オプションを指定すると、このパス後の RTL コードのデバッグ出力を 行なう。デバッグ出力ファイル名は、入力ファイル名に ‘.jump2’ を 付けたものになる。

• 遅延分岐スケジューリング。これはオプションのパスであり、 普通はジャンプやコール命令等の他の命令の遅延スロットに入りうる 命令を探す。ソースファイル名は、‘reorg.c’ である。

  ‘-dd’ オプションを指定すると、このパス後の RTL コードのデバッグ出力を 行なう。デバッグ出力ファイル名は、入力ファイル名に ‘.dbr’ を 付けたものになる。

• 幾つかのハードレジスタの使用方法からレジスタ使用方法への変換がこの 時点で行われる。現在、これは Intel 80387 コプロセッサの浮動小数点 レジスタにたいしてだけサポートされている。 ソースファイル名は ‘reg-stack.c’ である。

  ‘-dk’ オプションを指定すると、このパス後の RTL コードのデバッグ出力を 行なう。デバッグ出力ファイル名は、入力ファイル名に ‘.stack’ を 付けたものになる。

• 最終パス。このパスでは、関数に対するアセンブラコードを出力する。 このパスには、見せかけのテスト命令や比較命令を特定する責任もある。 機種固有の覗き穴最適化も同時に行なわれる。 関数の入り口点と終了点コードもこのパスで直接アセンブラコードで 生成される。入り口点と終了点コードが、RTL として存在することはありえない。

  関連ソースファイルは、‘final.c’ と ‘insn-output.c’ である。 後者は、マシン記述から ‘genoutput’ プログラムにより自動的に 生成される。ヘッダファイル ‘conditions.h’ を 使って、この二つのファイルの間で情報交換を行なう。

• デバッグ情報出力。これは最終パスの後に行なわれる。 何故なら、ハードレジスタに割り当てられなかった疑似レジスタに対する スタックスロットのオフセットを出力しなければならないからである。

さらに幾つかのファイルが、全ての、あるいは多くのパスで使われる。

• どのパスも、マシンモードを定義する、‘machmode.def’ と ‘machmode.h’ を使用する。
• 多くのパスで ‘real.h’ を使用する。このファイルは、 浮動小数点定数のデフォルトの表現とそれらの操作方法を定義する。
• RTL を使う全てのパスで、ヘッダファイル ‘rtl.h’ と ‘rtl.def’、 それに ‘rtl.c’ 中のサブルーチンを使う。 gen* のツール群もこれらのファイルを使って、 マシン記述 RTL を読んで処理を行なう。
• 多くのパスで、ヘッダファイル ‘insn-config.h’ を参照している。 このファイルは、マシン記述 RTL から genconfig により自動的に 生成されるパラメータ(C のマクロ定義)を数個含んでいる。
• 多くのパスが命令認識器を使用する。命令認識器は ‘recog.c’ と ‘recog.h’、それに、マシン記述から ‘genrecog’ と ‘genextract’ というツールにより生成されるファイル ‘insn-recog.c’ と ‘insn-extract.c’ から成る。
• 多くのパスで、ヘッダファイル ‘regs.h’ と ‘basic-block.h’ を 使っている。‘regs.h’ は、疑似レジスタの使用状況について記録される情報を 定義している。‘basic-block.h’ は基本ブロックについて記録される 情報を定義している。
• ‘hard-reg-set.h’ は、HARD_REG_SET 型とこれを取り扱う マクロをいくつかを定義している。 HARD_REG_SET 型は、各ハードレジスタにつき 1 ビットの ビットベクトルである。 この型は、ハードレジスタ数が充分少なければ、単なる int になる。 多い場合は、int の配列になり、マクロのうち幾つかはループに 展開される。
• 多くのパスで命令属性を使っている。 特定の機種用に定義される属性の定義は、ファイル ‘insn-attr.h’ にある。 このファイルは、マシン記述から ‘genattr’ プログラムにより 生成される。ファイル ‘insn-attrtab.c’ には、 insn の属性値を得るためのサブルーチンが含まれている。 このファイルは、マシン記述からプログラム ‘genattrtab’ により 生成される。

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