JPH06214802A

JPH06214802A - レジスタ割り付け方式

Info

Publication number: JPH06214802A
Application number: JP5024658A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Abe; 仁阿部
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1993-01-20
Publication date: 1994-08-05
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JP3239907B2

Abstract

(57)【要約】【目的】コンパイル装置の最適化処理部に於て、最適
レジスタ割り付けを可能にする。【構成】命令が所定数毎に区切られ、その各区間につ
いて、変数の出現状態が検査される。その状態を基に、
各区間での各変数の優先度が算定され、優先度の高い方
から順にレジスタ個数分迄の変数が、その区間の割り付
け候補とされる。割り付け候補とされた全変数につい
て、夫々が出現している夫々の区間での優先度を基に、
全変数についての優先順位が算定され、優先順位の高い
ものから順に、それが出現している各区間に於て、その
変数のその区間の空きレジスタへの割り付けが行なわれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレジスタ割り付け方式に
関し、詳しくは、ソースコードをオブジェクトコードに
変換するコンパイル装置（コンパイラ）のレジスタ割り
付け方式に関する。なお「レジスタ割り付け」と「レジ
スタ割り当て」の語を下記（１）と（２）のように厳格
に区別している文献もあるが、本明細書では、「レジス
タ割り付け」の語を下記（１）と（２）の双方の意味で
用いる。（１）レジスタ割り付け＝プログラム中のある点で、値
をレジスタに常駐させたい変数の集合を求める。（２）レジスタ割り当て＝レジスタ割り付けフェーズに
続いて、変数の値を常駐させる為のレジスタを選ぶ。（上記（１）、（２）を区別している文献としては、例
えば、A.V.Aho ほか著、原田賢一訳 "コンパイラ２（但
し「２」はローマ数字）" (1990.10.10) サイエンス社
p.628）

【０００２】

【従来の技術】コンパイル装置でのレジスタ割り付けの
適、不適は、プログラムの実行速度に大きな影響があ
る。その最適化はコンパイル装置設計時の大きなテーマ
である。これに関する技術として、従来、下記文献に記
載されたようなものがあった。文献１) Computer Language,1981[6] (米) G.J.Chaiti
n, M.A.Auslander, A.K.Chandra, J.Cocke, M.E.Hopkin
s and P.W.Markstein,"Register Allocation via Color
ing",p.47-57 文献２) Proceedings of the ACM SIGPLAN Symposium o
n Compiler Construction,(June 17-22,1984) (米) F.
C.Chow and J.Hennesy,"Register Allocation by Prior
ity-based Coloring",p.222-232 (ACM SIGPLAN = Assoc
iation for Computing Machinery Special interest gr
oup on programing languages) 文献３) 特開平１−１０３７４２号公報「最適コンパイ
ル方式」

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】文献１の技術では、グ
ラフ彩色法を応用してレジスタ割り付けを行っている。
例えば、図６(Ａ)のようなソースコードの場合、まず変
数の生存区間を求め(図６(Ｂ))、その生存区間から干渉
グラフを生成し(図６（Ｃ）)、このグラフを基に各変数
のレジスタ（Ｒｅｇ１〜３）への割り付けを行なう(図
６(Ｄ))。この従来技術では、各変数の生存区間全体を
レジスタ割り付けの最小単位としている。この為、例え
ば図７（Ａ）のように変数（Ｅ）が一つ増え、その生存
区間のごく一部だけが他（Ｃ）と干渉しているに過ぎ
ず、他の区間ではレジスタへの割り付けが可能な場合で
あっても、干渉した変数の何れかが生存区間全体として
スピルの対象となってしまい（割り付けの対象外となっ
てしまい）、生成されたオブジェクトコードの効率が良
くない、という場合があった。

【０００４】また文献２では、一通り彩色が終わった
後、スピルの対象となった変数の生存区間を複数に分割
する事で上記問題点を解消している。しかし、その際、
最初に生成した干渉グラフに新たなノードを付加し、再
計算を行なう為、計算時間が長くなり、且つ分割される
変数の生存区間が妥当でない場合があった。例えば図７
（Ｂ）のように変数Ａ、Ｂが区間ＩＲ２で干渉してお
り、変数Ａはこの区間ＩＲ２以外で１０回参照され、終
点ＰＥを除いて、干渉区間ＩＲ２では全く参照されてい
ない、また変数Ｂは干渉区間ＩＲ２の区間内のみで３回
参照されているものとする。グラフ彩色の結果では、ス
ピルの対象になるのは変数Ｂであり、Ｂが分割される。
しかしスピルの原因となった干渉区間ＩＲ２について上
記のような事情があったとすると、参照回数の多い変数
Ｂの方をレジスタへ割り付けるものとして残し、むしろ
変数Ａを分割した方が、生成されるオブジェクトコード
の実行効率は高い。

【０００５】文献３でも、彩色のあとで割り付けの済ん
でいない変数を分割する。しかし、それによって生じた
ノードを新たに干渉グラフには追加せず、残っているレ
ジスタの空き区間に対し、残っている変数の中の優先順
位の高いものの生存区間が出来る限り長くなるようその
変数の生存区間を分割して割り付けを行う。しかしこの
従来技術でも、上記文献２のものと同じく、既に彩色さ
れてしまった干渉部分の変数の参照状況については考慮
が為されておらず、上記文献２のものについて指摘した
欠点は、解消されていない。本発明の目的は、上記従来
技術の欠点を解消し、コンパイル装置の最適化処理部に
おいて、最適レジスタ割り付けが可能なレジスタ割り付
け方式を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本発
明では、ソースコードをオブジェクトコードに変換する
コンパイル装置において、命令を所定数毎に区切った各
区間について、各変数の出現状態を検査する出現状態検
査手段と、前記各変数の出現状態を基に前記各区間にお
ける各変数の優先度を算定し、優先度の高い方から順に
レジスタ個数分迄の変数を割り付け候補とする割り付け
候補抽出手段と、前記各区間で割り付け候補とされた全
変数について、夫々が出現している夫々の区間での優先
度を基に該全変数についての優先順位を算定する全候補
優先順位算定手段と、前記全変数について優先順位の高
いものから順に、その変数が出現している各区間につい
て、その区間の空きレジスタへのその変数の割り付けを
行なう割り付け処理手段とを備える。

【０００７】

【作用】コンパイラ装置では、ソースコードのパージン
グ、中間言語生成、最適化処理を経てオブジェクトコー
ド生成が行なわれる。本発明レジスタ割り付け方式は、
その中の最適化処理の１つとして実施される。先ず、生
成された中間言語の一連の命令が所定数毎に区切られ、
この各区間（以後「ウィンドウ」という）について、各
変数の出現状態が検査される。出現状態の検査とは、そ
のウィンドウ内に変数の生存区間の始まり又は終りがあ
るか、そのウィンドウ内でその変数が何回参照、代入等
されているか等の検査をいう。生存区間の始まりと終り
では、レジスタ・メモリ間の変数の移動が行なわれる。
この処理はコストが高い（処理時間が掛かる）。従って
着目したウィンドウに始点、終点がある変数は、そこで
生存区間が連続しているものに比べ、レジスタ割り付け
の優先度が低く計算される。また周知のように、参照、
代入等の回数の多い変数ほどレジスタにおいた場合の処
理速度が上がる。従ってこの回数の多いものは、逆にレ
ジスタ割り付けの優先度が高く計算される。これら出現
状態を基に、各ウィンドウに於て各変数についての優先
度が算定される。そして優先度の高い方から順にレジス
タ個数分迄の変数がそのウィンドウにおけるレジスタへ
の割り付け候補とされる。例えば、そのウィンドウで使
用される変数が７個あり、レジスタが３個であったとす
れば、優先度１番から３番迄の変数が、そこでの割り付
け候補とされる。

【０００８】このようにして各ウィンドウで割り付け候
補とされた変数全てについて、今度は、夫々が出現して
いる夫々のウィンドウでの優先度を基に、全変数を対象
とした優先順位が算定される。例えば、レジスタ数が３
個であれば各ウィンドウで３個づつ割り付け候補が抽出
される。ここで、ウィンドウ３では変数ｘ，ｙ，ｕ、ウ
ィンドウ４では、変数ｊ，ｕ，ｙ、というように、各ウ
ィンドウ、例えば１０個のウィンドウ夫々で割り付け候
補とされたものを集めると、ａ〜ｚ迄の２７個の変数が
あったする。この２７個の変数について１番から２７番
迄の優先順位が定められる。この優先順位は例えば次の
ように定められる。即ち各ウィンドウにおける優先度が
評価値の大小に比例するとされているとき、同じ変数に
ついて、それが割り付け候補とされているウィンドウ全
てに於て、その変数に与えられている評価値の積算が行
なわれ、その値の大きいものの方が優先順位が高いとさ
れる。この優先順位に従い、その変数が出現している全
ウィンドウについて、その変数の各ウィンドウの空きレ
ジスタへの割り付けが行なわれる。例えば上記例示した
変数について、優先順位がｕ，ｈ，ｊ，…，…であった
とし、またこの変数ｕが、ウィンドウ６〜１０でも出現
していたとする。変数ｕは、そこでは最優先でないウィ
ンドウ３，４を始め、ウィンドウ６〜１０の全てに於
て、真っ先にレジスタに割り付けられる。但し割り付け
候補外となっているウィンドウでは割り付けられない。
次は、前記例示した優先順位に従えば、変数ｈについ
て、それが出現するウィンドウ全てにおいてレジスタ割
り付けが行なわれる。そして全てのウィンドウで割り付
け候補の変数が無くなったとき、レジスタ割り付け処理
は終了となり、各ウィンドウのレジスタ割り付けの情報
は、後処理のコード生成ユニットに与えられ、この情報
に基づいてコード化が行なわれる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の詳細を図示実施例に基いて説明
する。図２にコンパイル装置１の概略構成を示す。前述
のように、ソースコードは先ずパーザ２によりパージン
グされる。次に中間言語生成ユニット３により、中間言
語に置き換えられる。この中間言語は最適化処理ユニッ
ト４に於て、本発明方式によるレジスタ割り付けや、そ
の他の最適化処理を受ける。そしてコード生成ユニット
５に於てコード化され、オブジェクトコードとされる。
なお各種最適化の処理、例えば共通部分式の削除、命令
再配置、ピープホール最適化等については、A.V.Aho ほ
か著 "Compilers Principles, Technique, andTools"
(1986) Addison-Wesley Publishers Limited (米) 等に
述べられており、またコンパイラ装置の他の各処理につ
いても同書に述べられている。

【００１０】本発明の一実施例たる割り付け装置の構成
を図１に示す。この装置４１は前記最適化処理ユニット
４の中に配置される。なお前後のユニット等、既に説明
をしたものは、同じ符号を付すのみとし、再度の説明は
しない。図に於て３１は中間言語保持部で、中間言語生
成ユニット３で生成された中間言語を保持する。４１１
は出現状態検査部で、この中間言語の一連の命令を所定
数づつ（１ウィンドウ分づつ）読み込み、各変数の出現
状態を検査して、各ウィンドウでの各変数の出現状態を
表わす情報を出現情報保持部４１２に格納する。ここに
出現状態の検査とは、その変数の生存区間がそのウィン
ドウで始まっているか、或いは終りとなっているか、ま
た、その変数がそのウィンドウ内で何回参照され或いは
代入されるか等の検査をいう。前述のように、生存区間
の始まりと終りでは、レジスタ・メモリ間の変数の移動
が行なわれる。この処理はコストが高い（処理時間が掛
かる）。従って着目したウィンドウに始点、終点がある
変数は、そこで生存区間が連続しているものに比べ、優
先度が低いと算定される。また参照回数或いは代入回数
の多い変数ほどレジスタにおいた場合の処理速度が上が
る。従ってこの回数の多いものほど、レジスタ割り付け
の優先度が高いと算定される。

【００１１】４１３は割り付け候補抽出部で、出現情報
保持部４１２に格納されているこれら各変数の出現状態
の情報に基づき、各ウィンドウにおける各変数の優先度
を算定する。なお図では「割り付け」は「割付」と表示
する。例えば前述のように、そのウィンドウで使用され
る変数が７個あり、レジスタが３個であったとすれば、
優先度１番から３番迄の変数が、そのウィンドウでの割
り付け候補として抽出され、割り付け候補保持部４１４
に格納される。なお優先度の具体的算定例は後述する。
４１５は全候補優先順位算定部で、割り付け候補保持部
４１４に格納されている割り付け候補全てについて、夫
々が出現している夫々のウィンドウでの優先度を基に、
全変数通しての優先順位を算定する。例えば前述のよう
に、レジスタ数が３個であれば、各ウィンドウで割り付
け候補が３個づつ抽出される。そしてウィンドウ３では
変数ｘ，ｙ，ｕ、ウィンドウ４では、変数ｊ，ｕ，ｙ、
というように、各ウィンドウ、例えば１０個のウィンド
ウ夫々で、ａ〜ｚ迄の２７個の変数があったする。この
２７個の変数について１番から２７番迄の優先順位が定
められる。この優先順位は、本実施例では次のように定
める。即ち、評価値の大なるものを優先度が高いとし、
同じ変数について、それが割り付け候補とされているウ
ィンドウ全てに於て与えられている評価値を積算する。
この積算値を大きさの順にソートし、大きいものの方を
優先順位が高いとする。全候補優先順位算定部４１５は
このようにして算定した全割り付け候補についての優先
順位の情報を全候補優先順位保持部４１６に格納する。

【００１２】４１７は割り付け処理部で、この優先順位
に従い、その変数が出現している全ウィンドウについ
て、そのウィンドウの空きレジスタへの割り付けを行な
う。例えば上記例示した変数について、優先順位がｕ，
ｈ，ｊ，…，…であったとし、この変数ｕが、他にもウ
ィンドウ６〜１０でも出現していたとする。割り付け処
理部４１７は、上記例示では最優先でないウィンドウ
３，４を始め、ウィンドウ６〜１０の全てに於て、この
変数ｕに対し、真っ先にレジスタを割り付ける。その後
は、前記例示した優先順位に従って、その変数が出現す
るウィンドウ全てに於て、それに対しレジスタが割り付
ける。全てのウィンドウで割り付け候補の変数が無くな
ったとき、割り付け処理部４１７はその処理を終了し、
この処理で生成されたレジスタ割り付けの情報を割り付
け情報保持部５１に格納する。後処理のコード生成ユニ
ット５は、この情報に基づいてコード化処理を行なう。

【００１３】具体的処理例を図３に示す。同図（Ａ）の
ようなソースコードをパージングし、同図（Ｂ）のよう
な内部表現に変えた場合、この状態ではコストの高いロ
ード/ストア命令が６回ある。例えば３命令を１つのウ
ィンドウとすると、同図（Ｃ）のように各変数ａ，ｂ，
ｃの生存区間が分割される。これら各ウィンドウＷ１〜
Ｗ３内の各変数について、下記式（１）により優先順位
が算定される。レジスタ数を２とすると、その結果は同
図（Ｄ）のようになる。なお、優先順位が高いものを左
側に記載し、そのウィンドウではメモリ中に追い出され
るものを、( )で囲って表示した。次に３つのウィンド
ウＷ１〜Ｗ３の全部の割り付け候補が取り出され、夫々
の優先度が積算される。ここでは後述の式（１）によら
ず、単純に優先順位１位にポイント２、２位にポイント
１が与えられるとする。変数ｂが積算ポイント「５」、
ｃが「３」、ａが「１」となる。

【００１４】この積算ポイントの大きい方が優先順位が
高いとされる。従って変数ｂが最優先とされ、この変数
ｂに対し、これが生存している全てのウィンドウＷ１〜
Ｗ３で、その部分のレジスタ１が割り付けられる（図３
（Ｅ））。優先順位２番目は変数ｃであった。この変数
ｃの生存区間はウィンドウＷ２，Ｗ３である。これらウ
ィンドウではまだ空きレジスタ（レジスタ２）がある。
これに変数ｃが割り付けられる（図３（Ｅ））。次に変
数ａに対し、レジスタの割り付けが行なわれる。この変
数ａの生存区間はウィンドウＷ１であった。このウィン
ドウではまだレジスタ２が空いている。この部分のレジ
スタ２に変数ａが割り付けられる（図３（Ｅ））。図３
（Ｅ）で示されるようなレジスタ割り付け情報は、割り
付け情報保持部５１を介してコード生成ユニット５に供
給される。コード生成ユニット５がこの情報に従い図３
（Ｂ）の内部表現を置き換えると、図３（Ｆ）のように
なる。命令数では１つ増えているが、コストの高い命
令、即ちメモリからのロード/ストア命令は、図３
（Ｂ）の６個から２個へと極端に減少している。この
為、実行効率は向上する。

【００１５】優先度は例えば下記式（１）で算出され
る。この優先度の値が大きい変数ほど優先順位が高いと
され、各ウィンドウにおいて、優先度の大きいものから
順にレジスタ数と同じ数だけ変数が抽出され、これらが
割り付け候補とされる。優先度＝ロード利益×ウィンドウ内の参照回数＋ストア利益×ウィンドウ内の代入回数−移動費用×ｎ …………(式１) 各項目の内容は次の通りである。ロード利益：その変数をレジスタに置いた場合、メモリ
に置いて参照する場合に比べ節約される実行時間ストア利益：その変数をレジスタに置いた場合、メモリ
へストアする場合に比べ節約される実行時間移動費用：メモリ・レジスタ間の移動に要する時間。ｎ：メモリ・レジスタ間で移動する回数。

【００１６】参照回数、代入回数が多いものほどレジス
タに置いた方が有利なことは知られている。そこでこの
式（１）でも、「ロード利益×ウィンドウ内の参照回
数」及び「ストア利益×ウィンドウ内の代入回数」の値
は、優先度に対してプラスとし優先度を高める要素とし
ている。一方、レジスタに置くためには、生存区間の最
初と最後にメモリ・レジスタ間で変数の移動をしなけれ
ばならない。この移動の費用（処理時間）は高い。そこ
で「移動費用×ｎ」の値は優先度に対しマイナスとし、
優先度を下げる要素としている。なお移動する回数ｎ
は、具体的にはそのウィンドウ内に、その変数の生存区
間の始まり又は終りがあった場合に１を加算していくこ
とで計数され、その生存区間が前後のウィンドウに跨が
っていれば「ｎ＝０」、そのウィンドウ内に始点又は終
点があれば「ｎ＝１」、始点、終点の双方があるものは
「ｎ＝２」となり、大きいほどその変数の優先度が下が
る。

【００１７】図４に割り付け候補を抽出するまでのフロ
ーを示す。尚このフローは１つの変数についてのもので
ある。処理されるのは複数の変数であり、これらに対し
ては、図４のフロー全体を変数の数の分繰り返しても良
く、或いは各ステップ毎に変数全部に対して並列に処理
をしても良い。まず式（１）のｎの値が初期値「０」に
される（ステップＳ１）。なお「ステップ」の語は以後
省略する。次にウィンドウの大きさ分のコードが読み込
まれる（ステップＳ２）。次に移動回数ｎが求められる
（Ｓ３〜Ｓ６）。そのウィンドウから生存区間が開始し
ている、あるいはそのウィンドウで生存区間が終了して
いるならば、ｎに１が加えられる。次に１ウィンドウ分
の各命令が順にチェックされ、その変数の参照回数と代
入回数が計数される（Ｓ７）。此処までの処理は出現状
態検査部４１１によって実行され、これらの値は出現情
報保持部４１２に格納される。

【００１８】次にこれらの値が式（１）に代入され、そ
の変数の優先度が算出される（Ｓ８）。算出されたその
変数の優先度は割り付け候補保持部４１４に格納される
（Ｓ９）。このＳ８，Ｓ９の処理は割り付け候補抽出部
４１３によって行なわれる。これらの処理（Ｓ１〜Ｓ
９）を全てのウィンドウについて繰り返す（Ｓ１０）。
図４の処理が終ると、割り付け候補抽出部４１３は割り
付け候補保持部４１４の変数を優先度について大きさ順
になるようにソートする。そして各ウィンドウ毎に優先
度が大きいものからレジスタ数分の変数を、そのウィン
ドウの割り付け候補として残し割り付け候補保持部４１
４に再格納する。なお全ての変数について図４の処理が
終ったとき、各ウィンドウ毎の割り付け候補がレジスタ
分だけ残っているようにしても良い。このようにする場
合は割り付け候補保持部４１４には、始めから各ウィン
ドウ毎にレジスタ数分の格納領域のみを設けておく。そ
して各変数の優先度格納の際、先ずそのウィンドウの領
域に空きがあるかをチェックし、あれば、そのまま格納
し、また空きがないときは、既に格納されている優先度
にこの新たな優先度を加えてソートし、大きい順に領域
数分の優先度を再格納する。このようにすると、全ての
変数について図４の処理が終ったとき、割り付け候補保
持部４１４の各ウィンドウ毎の領域に、レジスタ分の割
り付け候補が残っていることになる。

【００１９】図５にレジスタ割り付け処理のフローを示
す。まず各ウィンドウで割り付け候補とされた変数全て
について、各ウィンドウで、その変数に与えられた優先
度の積算が行なわれ、積算値の大きさの順にソートされ
る（Ｓ１１）。この処理は全候補優先順位算定部４１５
によって行なわれ、優先順位の情報は全候補優先順位保
持部４１６に格納される。ここでは積算値の大きいもの
が優先順位が高い。この優先順位の高い変数から順に、
それが出現している全てのウィンドウで、その変数の空
きレジスタへの割り付けが行なわれる（Ｓ１２）。この
処理は割り付け処理部４１７によって、割り付け候補と
された変数が無くなるまで続けられる（Ｓ１３）。処理
が終ったら、生成された割り付け情報は割り付け情報保
持部５１に格納される。コード生成ユニット５はこの情
報を基にコード生成を行なう。最後に請求項の構成と実
施例の構成とで名称が異なるものについて対応を説明す
る。４１１が出現状態検査手段にあたる。割り付け候補
抽出部４１３が割り付け候補抽出手段にあたる。全候補
優先順位算定部４１５が全候補優先順位算定手段にあた
る。割り付け処理部４１７が割り付け処理手段にあた
る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、命令を
所定数毎に区切り、その各区間について、各変数の出現
状態を検査し、その状態を基に各区間における各変数の
優先度を算定し、優先度の高い方から順にレジスタ個数
分迄の変数を割り付け候補とし、各区間で割り付け候補
とされた全ての変数を対象にして、夫々が出現している
夫々の区間での優先度を基に優先順位を算定し、優先順
位の高いものから順に、その変数が出現している各区間
について、その区間の空きレジスタへの割り付けを行な
うようにした。従って、レジスタ割り付けの効果が高い
ものから順にレジスタへの割り付けが行なわれることに
なり、従来の手法より効率の高いレジスタ割り付けが実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例装置の構成を示すブロック図。

【図２】コンパイル装置の構成例を示すブロック図。

【図３】本発明によるレジスタ割り付け例を示す線図。

【図４】各ウィンドウ毎の割り付け候補抽出手順例を示
すフローチャート。

【図５】レジスタ割り付け手順例を示す線図。

【図６】従来技術によるレジスタ割り付けの手順を説明
するための線図（その１）。

【図７】従来技術によるレジスタ割り付けの手順を説明
するための線図（その２）。

【符号の説明】

１コンパイル装置４１１出現状態検査手段４１３割り付け候補抽出手段４１５全候補優先順位算定手段４１７割り付け処理手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ソースコードをオブジェクトコードに変
換するコンパイル装置において、命令を所定数毎に区切った各区間について、各変数の出
現状態を検査する出現状態検査手段と、前記各変数の出現状態を基に前記各区間における各変数
の優先度を算定し、優先度の高い方から順にレジスタ個
数分迄の変数を割り付け候補とする割り付け候補抽出手
段と、前記各区間で割り付け候補とされた全変数について、夫
々が出現している夫々の区間での優先度を基に該全変数
についての優先順位を算定する全候補優先順位算定手段
と、前記全変数について優先順位の高いものから順に、その
変数が出現している各区間について、その区間の空きレ
ジスタへのその変数の割り付けを行なう割り付け処理手
段とを備えたことを特徴とするレジスタ割り付け方式。