के लिए अनुकूलन कर रहे हैं क्या कर रहे हैं?

आज, लगभग सभी संकलक जो बाजार पर पाए जा सकते हैं, अनुकूलन कर रहे हैं। यानी वे न केवल प्रोग्रामर द्वारा मशीन भाषा में लिखे गए कोड का अनुवाद करते हैं, बल्कि वे इसे प्रदर्शन या मात्रा के मामले में भी सुधार सकते हैं।

लेकिन कोड को बेहतर बनाने के लिए कंपाइलर क्या कर सकता है?

सबसे पहले, निम्नलिखित तीन चीजें:

1. संकलक प्रोग्रामिंग भाषा टूल को प्रभावी ढंग से लागू कर सकता है
2. उपकरण की क्षमताओं को अधिकतम कर सकता है जिस पर कार्यक्रम निष्पादित किया जाएगा
3. और प्रोग्रामर द्वारा कार्यान्वित एल्गोरिथ्म की कुछ कमियों को भी समाप्त करता है।

आइए इन सभी संभावनाओं पर अधिक विस्तार से विचार करें।

आधुनिक प्रोग्रामिंग भाषाएं एल्गोरिदम को व्यक्त करने के लिए शक्तिशाली उपकरण के साथ प्रोग्रामर प्रदान करती हैं। हालांकि, अगर संकलन स्तर पर इन उपकरणों का खराब समर्थन किया जाता है, तो उच्च-स्तरीय भाषाओं की सुविधा के परिणामस्वरूप गंभीर प्रदर्शन हानि हो सकती है।

C ++ में वर्चुअल फ़ंक्शन कॉल के एक उदाहरण पर विचार करें:

class A { public: virtual int func () { return 5; } }; class B : public A { public: virtual int func () { < >; } }; A* ptr = new A(); int value = ptr->func(); 

यहां हमारे पास दो कक्षाएं हैं: ए और बी क्लास ए में सबसे सरल आभासी फ़ंक्शन होता है, जो हमेशा एक स्थिर (संख्या "पांच") देता है। क्लास बी कक्षा ए से विरासत में मिला है और आभासी फ़ंक्शन को ओवरराइड करता है, इसलिए यह अब कुछ जटिल गणना करता है।

यदि संकलक में वर्चुअल फ़ंक्शंस के तंत्र का खराब समर्थन किया जाता है (अपडेट: इस जगह में इसका मतलब यह नहीं है कि कुछ कंपाइलर दूसरों की तुलना में C ++ टूल का समर्थन करते हैं। यह समझा जाता है कि कुछ कंपाइलर इन उपकरणों को बहुत कम ओवरहेड के साथ समर्थन करने में सक्षम हैं। अन्य; प्रविष्टि के लिए टिप्पणियों में उदाहरण का एक विस्तृत विश्लेषण देखें), तब कंपाइलर यह नहीं समझ पाएगा कि वर्चुअल फ़ंक्शन के किस संस्करण को एक्सप्रेशन int value = ptr-> func () में कहा जाना चाहिए; हालांकि, एक अच्छा संकलक यह निर्धारित करने में सक्षम होगा कि सबसे सरल फ़ंक्शन को कॉल करने की आवश्यकता है (अर्थात, केवल कक्षा ए का एक उदाहरण ptr सूचक के माध्यम से संबोधित किया जाता है)। उस के साथ, अंतिम अभिव्यक्ति को निम्नानुसार अनुकूलित किया जा सकता है: int value = 5;

उपरोक्त उदाहरण से यह भी पता चलता है कि प्रोग्रामिंग भाषा की पूर्ण प्रभावशीलता के बारे में बात करने का कोई मतलब नहीं है। संकलक में इस भाषा का विशिष्ट कार्यान्वयन हमेशा निहित होना चाहिए। उदाहरण के लिए, सवाल "जो तेज है, सी ++ या जावा?" पूरी तरह से सही नहीं है। खराब कार्यान्वित C ++ एक अच्छा जावा कार्यान्वयन खो सकता है, और इसके विपरीत C ++ के लिए एक अच्छा संकलक एक खराब जावा कंपाइलर को एक विशाल सिर शुरू कर सकता है।

इस प्रकार, हम देखते हैं कि एल्गोरिदम की अभिव्यक्ति में आधुनिक प्रोग्रामिंग भाषाओं की शक्ति उचित है, जब संकलन स्तर पर इन भाषाओं का प्रभावी कार्यान्वयन हो।

आइए अब हम दूसरे अवसर पर विचार करते हैं, जो अनुकूलन करने वाले कंपाइलर को प्रोग्रामर प्रदान करते हैं, अर्थात्, हार्डवेयर संसाधनों के उपयोग को अधिकतम करने की क्षमता।

आइए हम एक बार फिर से आधुनिक प्रोग्रामिंग भाषाओं की ओर मुड़ें। C ++, Java, पास्कल और कई अन्य जैसी भाषाएं प्रोग्रामर को यथासंभव एल्गोरिथ्म लिखने पर ध्यान केंद्रित करने की अनुमति देती हैं। यह काफी हद तक इस तथ्य के कारण हासिल किया जाता है कि प्रोग्रामर से भाषा "छिपती है" उन उपकरणों की विशेषताएं हैं जिन पर कार्यक्रम निष्पादित किया जाएगा। हार्डवेयर संसाधनों का सबसे पूर्ण उपयोग ठीक संकलक के काम का है।

ध्यान दें कि हार्डवेयर संसाधनों के कुशल वितरण की समस्या केवल उच्च-स्तरीय भाषाओं के उपयोग का परिणाम नहीं है। यहां तक ​​कि अगर प्रोग्रामर असेंबली लैंग्वेज में लिखता है और हार्डवेयर की उन विशेषताओं से पूरी तरह परिचित है, जिसके लिए वह लिखता है, तो ऐसी समस्याएं हैं जो बिना स्वचालित टूल के उपयोग के हल करना बहुत मुश्किल हैं।

एक उदाहरण के रूप में, इंटेल इटेनियम माइक्रोप्रोसेसर में विद्यमान लूप पाइपलाइनिंग पर विचार करें। पाइपलाइनिंग के लिए धन्यवाद, इटेनियम प्लेटफॉर्म पर समानांतर में एक चक्र के कई पुनरावृत्तियों को निष्पादित करना संभव है (आंकड़ा देखें)।



यहां, समय पर t1, एक चक्र के पहले पुनरावृत्ति का निष्पादन शुरू होता है। समय टी 2 में, अभी भी पहली पुनरावृत्ति को निष्पादित करने की प्रक्रिया में, उसी चक्र के दूसरे पुनरावृत्ति का निष्पादन शुरू होता है। और समय t3 के बाद से एक ही समय में एक ही चक्र के तीन पुनरावृत्तियों पहले से ही चल रहे हैं।

इस तरह के पाइपलाइनिंग के लिए संसाधन योजना एक जटिल "यांत्रिक" कार्य है। यहां तक ​​कि अगर प्रोग्रामर असेंबली लैंग्वेज प्रोग्रामिंग में एक डॉक है, तो उसे अपने समय का एक अविश्वसनीय राशि एक कार्य पर खर्च करने की आवश्यकता नहीं है जो अनुकूलन कंपाइलर एक दूसरे विभाजन में सामना करेगा।

अंत में, चलो संकलनकर्ताओं के अनुकूलन के तीसरे लाभ पर आगे बढ़ते हैं। इस तरह के संकलक प्रोग्रामर के एल्गोरिदम में "स्ट्रोक" पेश कर सकते हैं। और कभी-कभी काफी महत्वपूर्ण "छूता है"।

बेशक, संकलक एल्गोरिदम को मौलिक रूप से बदलने में सक्षम नहीं होगा (कम से कम, आधुनिक संकलक अभी भी इससे बहुत दूर हैं), लेकिन यह कुछ गैर-अनुकूलन को दूर करने की शक्ति के भीतर काफी है। कभी-कभी इस तरह के उप-योग के उन्मूलन से कई बार कार्यक्रम को गति मिल सकती है।

एक उदाहरण पर विचार करें।

 for (i = 0; i < n; i++) {  = e * f; a[i] = c * i; } 

सी-कोड के इस टुकड़े में, लूप के प्रत्येक पुनरावृत्ति पर, चर "सी" की गणना की जाती है। इस स्थिति में, न तो चर "ई" और न ही चक्र में चर "एफ" बदल जाता है। इसलिए, लूप में चर "सी" की गणना करने की आवश्यकता नहीं है। लूप के बाहर एक बार इसकी गणना करना पर्याप्त है:

  = e * f; for (i = 0; i < n; i++) { a[i] = c * i; } 

चक्र का यह संस्करण पिछले एक की तुलना में बहुत तेजी से काम करेगा।

ऊपर दिखाए गए परिवर्तन को सरलतम अनुकूलन कंपाइलर द्वारा भी प्रदर्शित किया जा सकता है। हालाँकि, आप बहुत अधिक जटिल परिवर्तनों का उदाहरण दे सकते हैं जो केवल कंपाइलर परिवार के सर्वश्रेष्ठ प्रतिनिधियों के लिए उपलब्ध हैं।

पाठ में दिए गए उदाहरणों से पता चलता है कि अनुकूलन करने वाले कंपाइलर प्रोग्रामर के लिए करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जो उस काम का हिस्सा है जिसके लिए महंगे मानव संसाधनों को आकर्षित करना तर्कहीन होगा। इसके अलावा, संकलक जितना अधिक विश्वसनीय और "स्मार्ट" होगा, उतना ही अधिक लाभ प्रोग्रामर के काम से प्राप्त किया जा सकता है।