Dynamic Superinstructions (Gforth マニュアル)

15.2.3 Dynamic Superinstructions

gforth エンジンと gforth-fast エンジンは、別の最適化、つまり、レプリケーションを伴う動的スーパー命令(Dynamic superinstructions with replication)を使用します。例として、以下のコロン定義について考えてみましょう:

: squared ( n1 -- n2 )
  dup * ;

Gforth はこれを以下のスレッド化コード・シーケンスにコンパイルします

dup
*
;s

simple-see (see Examining compiled code)を使用して、コロン定義のスレッド化コードを確認します。

通常の直接スレッド化コードでは、上記のプリミティブごとに 1 つのセルを占めるコード・アドレスがあります。各コード・アドレスはマシン・コード・ルーチンを指し、インタプリタはプリミティブを実行するためにこのマシン・コードにジャンプします。上記 3 つのプリミティブのルーチンは以下のとおりです(386 の gforth-fast の場合):

Code dup  
( $804B950 )  add     esi , # -4  \ $83 $C6 $FC 
( $804B953 )  add     ebx , # 4  \ $83 $C3 $4 
( $804B956 )  mov     dword ptr 4 [esi] , ecx  \ $89 $4E $4 
( $804B959 )  jmp     dword ptr FC [ebx]  \ $FF $63 $FC 
end-code
Code *  
( $804ACC4 )  mov     eax , dword ptr 4 [esi]  \ $8B $46 $4 
( $804ACC7 )  add     esi , # 4  \ $83 $C6 $4 
( $804ACCA )  add     ebx , # 4  \ $83 $C3 $4 
( $804ACCD )  imul    ecx , eax  \ $F $AF $C8 
( $804ACD0 )  jmp     dword ptr FC [ebx]  \ $FF $63 $FC 
end-code
Code ;s  
( $804A693 )  mov     eax , dword ptr [edi]  \ $8B $7 
( $804A695 )  add     edi , # 4  \ $83 $C7 $4 
( $804A698 )  lea     ebx , dword ptr 4 [eax]  \ $8D $58 $4 
( $804A69B )  jmp     dword ptr FC [ebx]  \ $FF $63 $FC 
end-code

動的なスーパー命令とレプリケーションを使用すると、コンパイラーはスレッド化されたコードを配置しないだけでなく、コード断片のコピーも行い、通常は各コード断片最後で行うジャンプを行いません。

( $4057D27D )  add     esi , # -4  \ $83 $C6 $FC 
( $4057D280 )  add     ebx , # 4  \ $83 $C3 $4 
( $4057D283 )  mov     dword ptr 4 [esi] , ecx  \ $89 $4E $4 
( $4057D286 )  mov     eax , dword ptr 4 [esi]  \ $8B $46 $4 
( $4057D289 )  add     esi , # 4  \ $83 $C6 $4 
( $4057D28C )  add     ebx , # 4  \ $83 $C3 $4 
( $4057D28F )  imul    ecx , eax  \ $F $AF $C8 
( $4057D292 )  mov     eax , dword ptr [edi]  \ $8B $7 
( $4057D294 )  add     edi , # 4  \ $83 $C7 $4 
( $4057D297 )  lea     ebx , dword ptr 4 [eax]  \ $8D $58 $4 
( $4057D29A )  jmp     dword ptr FC [ebx]  \ $FF $63 $FC

スレッド化コードの制御フローに変更が発生した場合(;s など)にのみジャンプが追加されます。この最適化により、これらのジャンプの多くが排除され、残りの部分がより予測可能になります。高速化はプロセッサとアプリケーションによって異なります。 Athlon および Pentium III では、この最適化により通常 2 倍の速度向上が得られます。

直接スレッド化コード内のコード・アドレスは、コピーされたマシン・コード内の適切なポイントを指すように設定されます。この例では以下のようになります:

primitive  code address
   dup       $4057D27D
   *         $4057D286
   ;s        $4057D292

したがって、このコード部分の任意の場所にスレッド化コードからのジャンプ先が存在する可能性があります。これにより、逆コンパイルもかなり簡素化されます。

See-code (see Examining compiled code)は、動的スーパー命令(dynamic superinstructions)のネイティブ・コードと混在するスレッド化コードを示します。最近では、動的に生成されたネイティブ・コードに追加の最適化が適用されているため、特定の AMD64 インストール上の gforth-fast での see-code squared の出力は以下のようになります:

$7FB689C678C8 dup    1->2 
7FB68990C1B2:   mov     r15,r8
$7FB689C678D0 *    2->1 
7FB68990C1B5:   imul    r8,r15
$7FB689C678D8 ;s    1->1 
7FB68990C1B9:   mov     rbx,[r14]
7FB68990C1BC:   add     r14,$08
7FB68990C1C0:   mov     rax,[rbx]
7FB68990C1C3:   jmp     eax

--no-dynamic を使用してこの最適化を無効にできます。 --no-super を使用すると、ジャンプを排除せずにコピーを使用できます(つまり、動的レプリケーション、しかしスーパー命令は使用しません)。これは分岐予測のみに利点をもたらします。パフォーマンスへの影響は CPU によって異なります。 Athlon および Pentium III では、レプリケーションを伴う動的スーパー命令(dynamic superinstructions with replication)よりも高速化が若干損なわれます。

これらのオプションの用途の 1 つは、スレッド化されたコードにパッチを適用する場合です。スーパー命令を使用すると、ディスパッチ・ジャンプの多くが削除されるため、パッチを当てても効果がなくなることがよくあります。これらのオプションは、すべてのディスパッチ・ジャンプを保持します。

一部のマシンでは動的スーパー命令(dynamic superinstructions)は安全ではないため、デフォルトで無効になっています。しかしながら、あなたが冒険してみたい場合は、 --dynamic を使用して有効にすることができます。