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定数畳み込み

索引 定数畳み込み

定数畳み込み(ていすうたたみこみ、constant folding)および定数伝播(ていすうでんぱ、constant propagation)は、多くのコンパイラで使われている最適化技法である。定数伝播の進化したものを疎な条件分岐を考慮した定数伝播と呼び、定数伝播と同時にデッドコード削除も行って、より正確な伝播を行う。.

18 関係: 定数中間表現リテラルブーリアン型デッドコード削除フロントエンド制御フローグラフクロスコンパイラコンパイラコンパイラ最適化C言語疎な条件分岐を考慮した定数伝播部分評価If文最適化 (情報工学)浮動小数点数文 (プログラミング)3番地コード

定数

数学における定数(ていすう、じょうすう、constant; 常数)あるいは定項 (constant term) は、二つの異なる意味を示し得る。そのひとつは固定 (fix) され、矛盾なく定義された数(またはもっとほかの数学的対象)であり、この意味で言う定数であることをはっきりさせるために「数学定数」(あるいは「物理定数」もそうだが)という語を用いることもある。もう一つの意味は、定数函数またはその(これらはふつうたがいに同一視される)を指し示すもので、この意味での「定数」は扱う問題における主変数に依存しない変数という形で表されるのが普通である。後者の意味での例として、は、与えられた函数の原始函数をすべて得るために特定の原始函数に加えられる、任意の(積分変数に依存しないという意味での)定数函数を言う。 例えば、一般の二次函数はふつう を定数(あるいはパラメタ)として のようにあらわされる。ここに変数 は考えている函数の引数のプレースホルダとなるものである。より明示的に のように書けば がこの函数の引数であることが明瞭で、しかも暗黙の裡に が定数であることを提示できる。この例では、定数 はこの多項式の係数と呼ばれる。 の項は を含まないからと呼ばれ(これを の係数と考えることができる)、多項式において次数が零の任意の項または式は定数である。.

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中間表現

中間表現(ちゅうかんひょうげん、Intermediate Representation、IR)は、コンピュータがデータをクロスプラットフォームで扱うために使用するデータ構造の表現である。 中間表現を用いたデータの抽象化はコンピューティング分野では一般的な手法である。異なるプラットフォームで同等の情報を保持するデータを異なるフォーマットで扱う場合に、データを中間表現で表現することで複数フォーマットへの変換処理を効率化することを手助けする。これは自然言語の翻訳に中間言語を用いるのと同等のメリットがある。.

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リテラル

リテラル(literal)は、「文字どおり」「字義どおり」を意味する語で、 と同じくラテン語の (文字)に由来する。数理論理学とコンピュータプログラミングで異なる意味の専門用語として使われる。.

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ブーリアン型

ブーリアン型(ブーリアンがた、Boolean datatype)は、真理値の「真.

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デッドコード削除

デッドコード削除(デッドコードさくじょ。英: dead code elimination(デッドコード取り除き))は、コンピュータ・プログラムの最適化などの目的で行われるプログラムの変形のひとつで、到達不能コードや冗長なコードなどといった「デッドコード」を削除する操作である。効果としては、最適化として見た場合、コードサイズの削減(いわゆるフットプリントの縮小)や、それに伴うキャッシュの利用効率の向上などによる高速化も期待できるかもしれない。.

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フロントエンド

フロントエンド(front-end)とバックエンド(back-end)は、プロセスの最初と最後の工程を指す一般的用語である。フロントエンドは各種入力をユーザーから収集し、バックエンドが使える仕様に合うようにそれを加工する。フロントエンドとバックエンドの結合部はインタフェースと呼ばれる。.

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制御フローグラフ

制御フローグラフ(せいぎょフローグラフ、Control Flow Graph, CFG)は、プログラムを実行したときに通る可能性のある全経路をグラフで表したものである。この場合、ノードは基本ブロック(すなわち、分岐を全く含まない逐次的コード列であって、途中に分岐先もない)を表し、ノードとノードをつなぐ有向エッジは、あるブロックから別ブロックへのジャンプを意味する。一般に、グラフ全体の入口となる入口ブロックと、出口となる出口ブロックがある。 CFGはコンパイラ最適化や静的コード解析ツールでよく使われる。 最適化において利用されるグラフの属性として、到達可能性(reachability)がある。あるブロックまたは部分グラフが、入口ブロックを含む部分グラフと連結していない場合、そのブロックは決して実行されることはなく、いわゆる到達不能コードであって、容易に削除可能である。出口ブロックが入口ブロックから到達不能な場合、無限ループとなっている(あらゆる無限ループを検出できるわけではない。停止性問題を参照のこと)。プログラマが明示的に到達できないコードや無限ループを書かなくても、そのような状況になることはある。例えば、定数伝播や定数畳み込みといった最適化を行った後に分岐スレッディングを行うと、元々は別々だった基本ブロックが1つにまとめられることがあり、エッジがCFGから除去され、グラフの一部が連結されなくなることがある。.

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クロスコンパイラ

ンパイラ(cross compiler)は、コンパイラが動作している以外のプラットフォーム向けに実行ファイルを生成する機能を持つコンパイラである。クロスコンパイラは主に組み込みシステム向けのコンパイラや、マルチプラットフォーム対応のコンパイラとして使われる。 必要最小限のメモリしか搭載していないことが多いマイクロコントローラを使った組み込みシステムなど、実行ファイルを動作させたいプラットフォームがコンパイル環境としては不適切な場合にはクロスコンパイラは必須である。 システムが複数のプラットフォームをサポートする場合に、準仮想化のためのツールとしてクロスコンパイラを利用することが一般化しつつある。.

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コンパイラ

ンパイラ(英:compiler)とは、コンピュータ・プログラミング言語の処理系(言語処理系)の一種で、高水準言語によるソースコードから、機械語に(あるいは、元のプログラムよりも低い水準のコードに)変換するプログラムである。.

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コンパイラ最適化

ンパイラ最適化(こんぱいらさいてきか、Compiler optimization)の記事では、コンピュータ・プログラムの最適化に関する話題のうち、もっぱらコンパイラに関係するものに関して説明する。最も一般的な要求はプログラムの実行時間を最小化することであり、その次に使用するメモリ量を最小化することである。また、携帯可能なコンピュータが増えるにつれて、消費電力を最小化するという最適化も生まれてきた。 一部のコード最適化問題はNP完全問題であることが示されている。実際には、プログラマがコンパイラによる最適化の完了を待てる時間の上限なども考慮してコンパイラ最適化を実装する(最適化はCPU時間とメモリを多大に使用する)。かつては、コンピュータのメモリ実装量も実行できる最適化を制限する要因だった。 コンパイラメーカによっては、「コンパイラの最適化の能力が売り上げや評判に大きく影響する」と信じている場合があり、そういう信念に従って「最適化コンパイラ」と銘打つことがある。少なくとも、同程度にバグが無いコンパイラ同士であれば、という前提の範囲内なら、最適化の能力が高いほうが魅力的と言えるであろう。.

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C言語

C言語(シーげんご)は、1972年にAT&Tベル研究所のデニス・リッチーが主体となって開発したプログラミング言語である。英語圏では単に C と呼んでおり、日本でも文書や文脈によっては同様に C と呼ぶことがある。.

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疎な条件分岐を考慮した定数伝播

な条件分岐を考慮した定数伝播(英: Sparse conditional constant propagation)とは、計算機科学におけるコンパイラ最適化手法の一つで、静的単一代入(SSA)形式に変換した後に適用されることが多い。 この手法は、プログラム全体に対してある種のデッドコードの除去と、定数畳み込みを同時に実施する。重複の回数によらず、単純なデッドコード削除と定数畳み込みより強力な方法である。 アルゴリズムはSSA形式のコードに抽象解釈を実施することにより働く。抽象解釈を実施する間、典型的には、値に対応する定数の値と定数のフラットな束と、束に対する大域的な SSA 変数と値の割り当てを用いる。アルゴリズムの最重要な点は分岐命令をどのように扱うかにある。分岐命令に遭遇すると、抽象化された値を、可能な限り正確に条件の変数に割り当てるようにする。 値が完全に正確で、抽象解釈で分岐のどちらに進むかが決定できる場合もある。値が定数ではない場合、あるいは条件文における変数が未定義の場合、保守的にいずれの分岐方向も残される。 抽象解釈が完了すると、到達しない命令はデッドコードとされる。定数であることが判明した SSA 変数は使用される箇所でインライン展開(伝播)される。.

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部分評価

部分評価(ぶぶんひょうか、partial evaluation)は、計算理論における特殊化(特化)による最適化の技法の1つ。.

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If文

if文(イフぶん)はプログラミング言語において、真理値に従って「もしXならば、Yせよ、さもなくばZせよ」というような条件実行の「文 (プログラミング) 」で、制御構造のひとつである。if else文と呼ばれることもある。 具体的な構文はプログラミング言語によって異なるが一般的に、条件式と、条件式の評価結果の値が「真として扱うべき値」の場合に実行される「then節」と呼ばれる部分があり、「偽として扱うべき値」の場合に実行されるelse節と呼ばれる部分が付く場合もある。 then節とelse節が式になる「条件演算子」がある言語も多い。言語によってはifが文ではなく、条件演算子と同様の「if式」である言語もある。.

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最適化 (情報工学)

ンピュータ関連において最適化(Optimization)という語は、最適化問題のそれを指すことも多いが、ここでは、コンパイラ最適化などに似た話題について説明する(「情報工学」と記事名には付いているが、全く information engineering の話題ではない)。コンピュータシステムは、主としてコストパフォーマンス上の理由から、効率的に(efficiently)動作することが望ましいことが多い。例えば、コンパイラ最適化は、高速化のためだったり、メモリの使用量を削減するためだったり、電力消費を抑えるためだったりする。最適化の対象となるシステムは、1つのプログラムの場合もあるし、複数のコンピュータの場合もあるし、インターネットのようなネットワーク全体の場合もある。 "optimization" という単語の語源は "optimal"(最適な、最善な)と同じだが、最適化によって真に最適なシステムとなることは稀である。最適化されたシステムは一般にある面でのみ最適となる。プログラムの実行時間を削減するためにメモリ使用量を増やしてでも実行時間を最適化したり、逆にメモリが少ないシステムで実行時間が長くなることを覚悟してメモリ使用量が少ないアルゴリズムを選んだりする。あらゆる場合に最適な方法や設計は存在しないので、技術者は最も重要と思われる観点での最適化のために妥協点を探る。さらに、ソフトウェアを完全に最適にする(それ以上どうやっても最適化できない状態にする)のに要する労力は、その最適化されたシステムを利用することで得られる利益よりも大きい。従って、最適化の工程は完全な最適解に到達する以前に終了させられるのが普通である。幸いなことに、効果の大きい改善は最適化工程の初期に現れることが多い。 最適化は様々なレベルで行われる。最も高いレベルの最適化は設計段階に行われる。設計が最適化されていれば、実装でも効率的なアルゴリズムを利用でき、品質のよいコードになるという利点がある。コンパイラ最適化を使えば、実行ファイルがさらに最適化される。最も低いレベルでは、コンパイラを使わずに人間がアセンブリ言語で最適なコードを書く。コンパイラ最適化の技術の進歩と最近のCPUの複雑さのため、コンパイラよりも最適なコードを人間が書くには大変な技能を要する。そのため、このような最適化を行うプロジェクトは滅多にない。最適化は例外的なケースを考慮しつつ、複雑な妥協点を探ることが多い。従って最適化されたプログラムはプログラマが理解できないほど難解になることも多い。可能であれば等価であることが保証されながらプログラムを変形させるなどの手法でバグの可能性をゼロにすべきだが、できない場合、できてないコードではバグを多く含む危険性がある。.

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浮動小数点数

浮動小数点数(ふどうしょうすうてんすう、英: floating point number)は、浮動小数点方式による数のことで、もっぱらコンピュータの数値表現において、それぞれ固定長の仮数部と指数部を持つ、数値の表現法により表現された数である。.

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文 (プログラミング)

プログラムにおける文(ぶん、statement)とは、コンピュータプログラミング言語によるプログラムを構成するもののひとつで、一般に手続きを表すものである。 文の種類(意味)は、だいたいの類似はあるが、詳細はそれぞれのプログラミング言語によって異なる。 文の構文もそれぞれのプログラミング言語によって異なる。初期のFORTRANやCOBOLのように1行に1つの文を書く言語、C言語や多くのスクリプト言語のように文終端記号(セミコロンなど)で終端する言語、Pascalのように文と文との間の区切り記号で区切る言語などがある(終端記号と区切り記号の違いは、並びの最後のあとに記号が入るか入らないかである(厳密にはここで論じているのは文ではなく複文の構文である。またC言語についての説明は間違っており、例えばif文それ自体などにはセミコロンは現れない(セミコロンのみの「空文」、「do-while文」、そして式の後にセミコロンを付けた「式文」、などがC言語において「セミコロンが最後に付いている文」である。宣言などの後にもセミコロンが付く(が、C言語では宣言は文とは違う「宣言というもの」である)))。 1行1文の言語にあっては、行末または行頭に、言語で指定された記号を付けることで、行が継続しているものとして(継続行)、複数行にわたって文を記述することができるものもある。 類似する言葉として'''式'''がある。式は、必ずしも手続きを表さず、文とは異なり値を持つ(多くの手続き型言語では式にも手続きがともない、副作用という。特にC言語は代入が式である。また逆に言語によっては文も値を持つものもある)。 大まかに言えば、一つ以上の式や関数呼び出しで作られる、手続き構造の単位が文である、と考えてほぼ差し支えない。if文のように分岐構造を表すもの、代入文のように変数の更新を表すものなどが代表例である。構造化プログラミング以降の言語では、複数の文からブロック(「複文」とも言う)を構成できるのが一般的である。 if文などにおける構文の流儀には大きく2通りがあり、ひとつはC言語のような、 という規則のもので(というような文法だと多くのプログラマが信じているようだが、実際には全く違っている(前述。あるいは規格票を参照))、dangling else問題(通常は困るものではない。:en:Dangling elseも参照)の存在が知られている。 もうひとつの流儀は、古くはPerl、近年ではGoがこのようになっているが、 のように、任意の文を直接書くことができないようにしたものである。dangling else対策のひとつでもある。.

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3番地コード

3アドレスコード(英: three-address code)とは、コンピュータ・プログラミング言語処理系などにおける中間表現などにおける形式の1パターンである。処理系においては、コンパイラ最適化などの処理を掛けるのに適している。2つの入力と1つの出力のアドレス(メモリまたはレジスタ)を指定する形式であるため、3アドレスコードと呼ばれる。命令セットアーキテクチャにおける「3オペランド」形式の類推とも言える。.

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