JPH11161500A - 実行時依存解析を行う目的プログラムの生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】変数間に動的な別名関係があるために、特にル
ープ中で参照されるデータの依存関係について、静的な
解析では十分な解析精度の得られないプログラムに対し
て最適化を行うこと。 【解決手段】フロントエンド１０４がソースプログラム
１０１から生成した中間コードに対して、制御フローと
変数間の別名関係を静的に解析し（１０５）、得られた
別名関係を元に変数の集合を同値類に分割し（１０
７）、各同値類に属する変数の参照をその同値類の代表
変数を用いて表すことでプログラム中の別名変数の参照
を消去し（１０８）、別名変数の参照のない中間コード
に対して依存関係の成立する条件の付加されたデータ依
存情報を求め（１０９）、実行時に依存関係の有無を判
断して最適なコードを選択実行できるような目的プログ
ラム１０３を生成する（１１０，１１１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プログラミング言
語で記述されたソースプログラムを、同じあるいは別の
プログラミング言語や機械語で記述された目的プログラ
ムに変換する言語処理系において、より実行速度の優れ
た目的プログラムを生成するための最適化を行う方法に
関し、特にポインタに起因する別名関係の存在するプロ
グラムに対して実行時依存解析を行うコードを生成する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最適化コンパイラ等の言語処理系が目的
プログラムの実行性能を改善するためにプログラムの最
適化を行う際には、プログラムの制御の流れやデータの
流れ等の情報を出来るだけ正確に解析する必要がある。
最適化の効果が顕著であるループは配列の参照を含むこ
とが多いため、ループの最適化のために、ループの各繰
り返しで参照される配列の要素を解析する配列依存解析
が行われる。つまり、ループ中に配列要素の参照ａ
〔ｉ〕，ｂ〔ｉ〕があり、ｉの値が１からｎに変わる場
合に、そのループを並列化するにはそれぞれの繰り返し
が独立に実行できる必要があるが、ａ〔ｉ〕やｂ〔ｉ〕
という式で参照するメモリ上の位置が重なっていると、
前の繰り返しで参照したメモリ位置が他の繰り返しでも
参照されることになり、繰り返し間の依存関係が生じる
ので、この関係を解析する必要がある。Ｃ言語のように
ポインタを自由に使用できる言語の最適化のためには、
ポインタに起因する別名関係の解析（以下、ポインタ解
析とする）を精度よく行うことが重要である。ポインタ
に起因する別名関係は、例えば二つのポインタａ，ｂが
同じアドレスを指している場合に、それらの指示先の参
照＊ａと＊ｂの間に生じる。また、ポインタａが変数ｘ
のアドレスを指している場合には、＊ａとｂとの間に別
名関係が生じる。

【０００３】Ｃ言語では、配列が引数として渡される
と、実際には配列の先頭アドレスを指すポインタが渡さ
れる。また、配列の大きさをプログラム実行時に決めら
れるように、配列を動的メモリ割り付けによって作成す
る場合には、その配列の要素は配列の先頭要素を指すポ
インタを介して参照される。このように配列の要素がポ
インタを用いて参照されることが多いため、ポインタ解
析と配列依存解析は密接に関係している。ポインタ解析
と配列依存解析は、どちらも一般にはコンパイル時に正
確な解を得ることは出来ない。そのため、コンパイル時
の解析（静的な解析）だけでなく、実行時の解析（動的
な解析）によって、データ依存関係の有無を実行時に判
定し、その結果に応じて異なるコードを実行するように
コード変換を行う最適化が知られている。配列依存関係
の実行時解析の方法は、例えばＭｉｃｈａｅｌ Ｗｏｌ
ｆｅ，Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｍｐｉ
ｌｅｒｓ ｆｏｒ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｍｐｕｔｉ
ｎｇ，Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈ
ｅｒｓ，１９９６年（文献１）の２５４頁から２５５頁
に記載されている。この方法では、ループ中に同一の配
列の参照が複数ある時に、それらの参照の間の依存関係
を実行時に判定することが出来る。しかし、この方法で
は、ある配列の参照とその配列と別名関係にある可能性
のある別の配列の参照がある場合、それらの間の依存関
係を調べることはできない。

【０００４】一方、ループ中で参照される配列がポイン
タに起因した別名関係を持つときの実行時解析法として
は、例えばＪ．Ｗ．Ｄａｖｉｄｓｏｎ ａｎｄ Ｓ．Ｊ
ｉｎｔｕｒｋａｒ， Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｉｎｓｔｒ
ｕｃｔｉｏｎ−ｌｅｖｅｌＰａｒａｌｅｌｉｓｍ ｂｙ
Ｌｏｏｐ Ｕｎｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｄｙｎａｍ
ｉｃ Ｍｅｍｏｒｙ Ｄｉｓａｍｂｉｇｕａｔｉｏｎ，
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＭＩＣＲＯ−２８，ｐ
ｐ．１２５−１３２，１９９５年（文献２）の方法があ
る。この方法では、ループ中で参照される二つの配列の
参照が別名である可能性があるとき、それらの配列の先
頭アドレスと参照する添字の範囲から、二つの配列で参
照されるメモリ領域の範囲が重なり得るか否かを実行時
に判定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】先ず、（文献１）の方
法では、同一の配列の参照の依存関係を実行時に判定す
ることが出来る。一方（文献２）の方法では、別名関係
にあり得る二つの配列の参照するメモリ領域が重なるか
を実行時に解析することが出来る。しかし、別名関係に
ある二つの配列を参照するループでは、これらの方法を
用いても十分な解析精度が得られない場合がある。図２
（ａ）のＣ言語で記述されたプログラムを並列化するこ
とを例に説明する。このプログラムは、引数として渡さ
れる配列ａ［］とｂ［］に対して、ｂ［］の１番からｎ
番までの要素をそれぞれａ［］の１番からｎ番までの要
素にコピーする。並列化を行う前に、並列化可能な条件
について簡単に説明する。ループの繰り返し間にまたが
る依存関係（ループ運搬依存）には、フロー依存・逆依
存・出力依存の三種類がある。ループ運搬フロー依存は
前の繰り返しで定義した値を、後の繰り返しで使用す
る。ループ運搬逆依存は前の繰り返しで値を使用した変
数に、後の繰り返しで値を定義する。ループ運搬出力依
存は異なる繰り返しで同じ変数に値を定義する場合に生
じる。このうち、ループ運搬フロー依存のあるループ
は、ある繰り返しで定義した結果を別の繰り返しで使用
するため、異なる繰り返しの文の間の実行順序が制約さ
れる。一方、ループ運搬逆依存やループ運搬出力依存は
変数のリネーミングなどの方法でこれらの依存関係を取
り除き、各繰り返しを独立に実行可能にできる。そこ
で、ここではループ運搬フロー依存のないループを並列
化可能なループとする。

【０００６】従来の（文献２）の実行時依存解析の方法
では、配列ａ［］とｂ［］の参照される要素、即ちそれ
ぞれの配列の１番からｎ番までの要素が重ならないかど
うかを実行時に判定し、重ならないならばａ［］の参照
とｂ［］の参照には依存関係がないものとして並列化を
行い、重なる場合には並列化されないコードを選択実行
する。この判定の条件は、具体的には（＆ａ［ｎ］＜＆
ｂ［１］）｜｜（＆ｂ［ｎ］＜＆ａ［１］）のような式
になる。この条件を満たさない場合は、依存があるもの
と見なされる。図２（ａ）のループの依存関係を詳しく
分類すると、以下の４通りに分けられる。 （１）依存のない場合：（＆ａ［ｎ］＜＆ｂ［１］）｜
｜（＆ｂ［ｎ］＜＆ａ［１］）が成り立つとき。 （２）ループ独立依存のある場合：（＆ａ［１］＝＝＆
ｂ［１］）が成り立つとき。 （３）ループ運搬フロー依存のある場合：（＆ｂ［１］
＜＆ａ［１］）＆＆（＆ａ［１］＜＆ｂ［ｎ］）が成り
立つとき。 （４）ループ運搬逆依存のある場合：（＆ａ［１］＜＆
ｂ［１］）＆＆（＆ｂ［１］＜＆ａ［ｎ］）が成り立つ
とき。

【０００７】次に、（文献２）の方法では、（１）の場
合は依存がないものとして扱われるが、（２）（３）
（４）の場合は依存があり得るものとして並列化しない
ことになる。しかし、（２）の場合はループ運搬依存が
ないので並列化は可能であり、（４）の場合は適当なコ
ード変換を行うことにより、ループ運搬依存をなくすこ
とが出来る。（４）の条件が成り立つ場合に並列化を行
うための方法を以下に示す。図２（ａ）のプログラムで
（４）の条件が成り立つのは、配列ａ［］の後半部分と
配列ｂ［］の前半部分が重なっている場合である。説明
しやすくするために、配列の大きさｎを４とし、ａ
［３］とｂ［１］が同じデータを表しているものとす
る。このとき、自動的にａ［４］とｂ［２］も同じデー
タを表すことになる。

【０００８】図２（ｂ）は、このときのメモリ上でのデ
ータの配置と、各繰り返しで参照されるデータを示す図
である。図の横軸はメモリ上でのデータの配置であり、
縦軸はループ制御変数ｉの値である。図中で「ｄ」は値
の定義を、「ｕ」は値の使用を表す。ｉが１の時は、ａ
［１］の定義と、ｂ［１］の使用が生じる。ｉが２の時
は、ａ［２］の定義と、ｂ［２］の使用が生じる。ｉが
３の時は、ａ［３］の定義と、ｂ［３］の使用が生じる
が、このａ［３］はｉが１の時に値を使用したｂ［１］
と同じデータであるため、１回目の繰り返しと３回目の
繰り返しの間で、ループ運搬逆依存が生じる。２回目の
繰り返しと４回目の繰り返しの間にも同様の関係が生じ
る。そのため、このままではループを並列化できない。
しかし、図２（ｃ）に示すようにコード変換を行うと、
ループ運搬逆依存を取り除くことが出来る。すなわち、
新たに一時記憶用に大きさｎの配列ｃ［］を追加し、ｂ
［］の各要素を一旦ｃ［］にコピーし、その後でｃ［］
からａ［］にコピーする。その結果、ｂ［］からｃ［］
へのコピーと、ｃ［］からａ［］へのコピーは、どちら
もループ運搬依存がないため、並列化可能になる。この
変換したコードは、実行時に（＆ａ［１］＜＆ｂ
［１］）＆＆（＆ｂ［１］＜＆ａ［ｎ］）という条件が
成立したときに実行されるようにすればよいが、従来の
方法では、このように別名関係があるが並列化の妨げに
はならないという場合の条件を求めることができない。

【０００９】以上述べたように、従来の実行時依存解析
法ではループ運搬依存がない場合は並列化できたが、ル
ープ運搬依存がある場合にはその依存の種類に関わらず
並列化できなかった。しかし、依存の有無だけでなく依
存の種類も区別した解析を行えば、より効果的な最適化
が可能となる。本発明の目的は、上記のような従来の課
題を解決し、動的な別名を持つ変数の参照を含むような
プログラムに対する、配列依存解析等のデータ依存解析
の問題に対して、精度の良い実行時解析を行うことによ
って最適化の機会を増大させ、より実行性能の優れた目
的プログラムを生成することを可能にすることにある。
本発明の他の目的は、既存の配列依存解析部（コンパイ
ラ）に手を加えることなく、別名を持つ配列に対しても
実行時解析を行えるようにすることで、コンパイラへの
実装を容易に行うことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の実行時依存解析を行う目的プログラムの生
成方法では、ソースプログラムから実行時依存解析を行
うコードを含む目的プログラムを生成する場合に、ソ
ースプログラムを解析して中間コードを生成するステッ
プと、中間コードから制御およびデータの流れに関す
るフロー情報を抽出するステップと、フロー情報に基
づいて前記中間コードにおける変数の参照を、該変数の
参照と等価な別の変数の参照に置換するステップと、
置換を行った中間コードに対して実行時依存解析を行う
コードの生成を含む最適化を行うステップとを有してい
る。また、ステップによって抽出されるフロー情報
は、プログラム中で参照する変数間の別名関係を表す別
名情報を含んでおり、ステップでは、（−１）変数
の集合上の同値関係を、前記別名情報を用いて別名関係
にある変数どうしは必ず同値となるように定めるステッ
プと、（−２）同値関係に基づいて変数の集合を同値
類に分割するステップと、（−３）各同値類に対し
て、その同値類に属する変数の１つを代表変数として選
択するステップと、（−４）各同値類に対して、同値
類に属する前記代表変数以外の変数の参照を代表変数を
用いた参照に置換するステップとを有している。また、
ステップ（−４）において、前記代表変数の先頭アド
レスと代表変数以外の変数の先頭アドレスが一致しない
ときは、それらの先頭アドレスの差を保持する一時変数
である差分変数を導入し、代表変数以外の変数の参照
を、代表変数の先頭アドレスと前記差分変数を用いて表
した参照に置換する。さらに、ステップで抽出される
フロー情報が、プログラム中のループ構造を表すループ
情報を含んでおり、ステップおよびステップの処理
を前記ループ情報を用いてループ毎に個別に適用する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の原理および実施例
を、図面により詳細に説明する。 （原理）本発明の第一の方法は、（ａ）フロントエンド
（１０４）が、ソースプログラムを読み込み、字句解析
・構文解析・意味解析を行い、中間コードを生成するス
テップ、（ｂ）静的解析部（１０５）が、中間コードに
対して制御フロー解析と別名解析を行い、ループ情報と
別名情報を生成するステップ、（ｃ）ループ最適化部
（１０６）が、プログラム中の各ループに対して、以下
のステップ（ｃ１）から（ｃ４）を実施するステップ、
（ｃ１）同値類分割部（１０７）が、ループ中で参照さ
れる変数を、別名情報を元に同値類に分割し、各同値類
の中から変数を一つ選び代表変数とし、代表変数でない
各変数について、その変数と代表変数とのアドレスの差
を保持する一時変数を作成するステップ、（ｃ２）別名
参照置換部（１０８）が、ステップ（ｃ１）で求めた各
同値類に対して、前記代表変数でない変数のループ中で
の参照を前記代表変数を用いた参照に置換し、前記一時
変数の値を前記代表変数と前記代表変数でない変数との
アドレスの差として初期化する文をループのプリヘッダ
に追加するステップ、（ｃ３）配列依存解析部（１０
９）が、ループ中の配列要素の参照に対して配列依存関
係をその依存関係の成立する条件付きで求め、条件付き
配列依存情報を生成するステップ、（ｃ４）ループ変換
部（１１０）が、条件付き配列依存情報を用いてループ
の最適化を行い、ある条件の元でのみ実施可能な最適化
を行う場合には、その条件が成立するか否かを実行時に
判定して、その最適化を実施したコードと実施しないコ
ードを選択実行するようにコード変換を行うステップ、
（ｄ）コード生成部（１１１）が、中間コードから目的
プログラムを生成するステップからなる。

【００１２】上記ステップ（ａ）、ステップ（ｂ）およ
びステップ（ｄ）は、従来の最適化コンパイラと同様の
処理を行う。別名を持たない配列の実行時依存解析を行
うコードを生成できるコンパイラには、ステップ（ｃ
３）とステップ（ｃ４）の機能が含まれている。そのた
め、新規に開発する必要があるのは、ステップ（ｃ１）
とステップ（ｃ２）のみである。ステップ（ｃ１）は、
ループ中で参照（変数の値の定義または使用）される変
数の集合を求め、その集合を別名関係を元に同値類に分
割する。しかし、別名関係は反射的かつ対称的である
が、一般には推移的ではない。そこで、これを推移的に
なるように拡張して得られる同値関係を定義し、その同
値関係を元に同値類へ分割する。ループ中の変数間の別
名関係をＡｌｉａｓ、求める同値関係をＥｑｕｉｖと
し、変数ａとｂとの別名関係があるときこれを＜ａ，ｂ
＞で表し、求める同値関係Ｅｑｕｉｖの要素を［ａ，
ｂ］で表すことにする。このとき、別名関係の同値関係
への拡張は、以下の手順で行う。 （ｃ１１）先ず、Ｅｑｕｉｖの初期値をＡｌｉａｓとす
る。即ち、全ての別名関係＜ａ，ｂ＞に対して、同値関
係［ａ，ｂ］をＥｑｕｉｖに加える。 （ｃ１２）Ｅｑｕｉｖの要素に［ａ，ｂ］と［ａ，ｃ］
があるとき、もし［ａ，ｃ］がＥｑｕｉｖになければ、
Ｅｑｕｉｖに［ａ，ｃ］を追加する。 （ｃ１３）（ｃ１２）の操作を新たに追加できる関係が
なくなるまで続ける。Ｅｑｕｉｖの要素は最大でも変数
の数の二乗の個数までしか存在し得ないので、この操作
は有限回で終了する。同値関係が定義されれば、同値類
は一意に定まる。

【００１３】ステップ（ｃ２）では、まず各同値類から
代表変数を一つずつ選択する。ステップ（ｃ１）で求め
た同値類の一つＥＣの代表変数をｒとすると、ＥＣに属
する他の変数ｖに対してｒとｖとのアドレスの差を表す
一時変数ｔ（整数型）を作成し、その値を（＆ｖ−＆
ｒ）で初期化する文をループのプリヘッダに追加する。
この一時変数を差分変数と呼ぶことにする。ただし、ｖ
が配列要素の参照を表す場合には、＆ｖは配列要素の先
頭のアドレスとする。つまり、ｖが配列ａ［］ならば、
＆ｖとは＆ａ［０］を意味している。ｒについても同様
である。この時、以下の関係が成り立つ。 ｖ＝＊（＆ｖ） ＝（＆ｖ）［０］ ＝（（＆ｒ）＋（＆ｖ−＆ｒ））［０］ ＝（＆ｒ＋ｔ）［０］ ＝（＆ｒ）［ｔ］ 従って、ｖの参照は（＆ｒ）［ｔ］の参照と等価である
から、ループのｖの参照を全て（＆ｒ）［ｔ］の参照に
置換する。ｖが配列要素の参照の時は、ｖ［ｉ］を（＆
ｒ）［ｔ＋ｉ］に置換する。ステップ（ｃ２）の変換を
行うことによりループ中で参照される変数の間には、別
名関係が存在しなくなる。代わりに、（＆ｒ）［ｔ１］
と（＆ｒ）［ｔ２］のように、同一の配列の添字が異な
る参照が生じている。これによって、（文献１）にある
ような、別名を持たない同一配列の実行時依存解析の方
法が適用できるようになる。

【００１４】本発明の第二の方法では、上記ステップ
（ｃ２）の処理の際に、代表変数を含めて、ポインタの
指示先の参照があれば等価な配列要素の参照に置換す
る。例えば、ｒをポインタ、ｅｘｐを整数型の式とした
とき、ステップ（ｃ２）で行うコード変換の前後または
変換の過程で、＊（ｒ＋ｅｘｐ）のようなポインタ指示
先の間接参照が現れたとき、その式をｒ［ｅｘｐ］とい
う等価な式に置換する。さらに、本発明の第三の方法で
は、上記第一の方法における、別名関係にある可能性の
ある二つの変数に対して、その一方の変数の参照を他方
の変数の参照に置換するか否か、および、置換するなら
ばどちらの変数の参照とするか、の決定を他の基準で行
う。例えば、特定の最適化を行う際に、別名関係が正確
にわからないためにその最適化の妨げになる依存関係が
生じるとき、その依存関係に関連する変数の集合につい
て、その変数の集合の中から変数を一つ選び代表変数と
し、集合内の他の変数の参照を代表変数の参照に置換す
ることで実現する。

【００１５】（実施例）図１は、本発明の第一の実施例
を示すコンパイラの構成の図である。図１において、各
ブロックのうち、本発明により新たに構成した新規な部
分はループ最適化部１０６であり、その他の部分は従来
から存在するものをそのまま使用する。フロントエンド
１０４はソースプログラム１０１を読み込み、字句解析
・構文解析・意味解析を行い、中間コード１１２を出力
する。この中間コードは、木構造や三つ組等で表したプ
ログラムの中間表現とシンボル辞書などからなる。静的
解析部１０５は、中間コード１１２を入力として、先ず
プログラムの制御フローの解析を行い、ループ情報１１
３を出力する。さらに、プログラム中で参照される変数
の間の別名関係を解析し、別名情報１１４を出力する。

【００１６】図３は、本発明のループテーブルの構成を
示す図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ言語のプ
ログラムのループ情報１１３の構造を示す。ループテー
ブル３０２は、ループヘッダ３０３、ループプリヘッダ
３０４、構成基本ブロック集合３０５、参照変数集合３
０６、およびその他のフィールドから構成される。ルー
プヘッダ３０３は、ループの入口となる基本ブロックで
ある。基本ブロックとは、その内側に分岐や分岐先とな
る文のない、連続して実行される文の集まりである。一
般にはループの入口は一つ以上あるが、複数の入口を持
ったループは多くのループ最適化が困難であるため、そ
のような場合はループテーブルを作成せず、ループ最適
化の対象とはしないものとする。

【００１７】ループプリヘッダ３０４は、ループヘッダ
への分岐を持つ基本ブロックで、ループの構成基本ブロ
ック集合３０５に含まれない基本ブロックである。その
ような基本ブロックは一つのループに対して一般には複
数存在しうるが、複数ある時には制御フロー解析の際に
空の基本ブロックを設けてループヘッダの前に挿入する
ことにより、ループプリヘッダを一つしか持たないよう
にする。ループプリヘッダを一つだけ持つように出来な
いループがあれば、ループテーブルを作成せずに、ルー
プ最適化の対象としないものとする。構成基本ブロック
集合３０５は、ループ内に含まれる基本ブロックの集合
である。図３（ａ）のプログラムには、ＢＢ１・ＢＢ２
・ＢＢ３の三つの基本ブロックがある。ＢＢ１はループ
を始める前に、ループ制御変数ｉの値を１に初期化して
いる。ＢＢ２はループの終了判定を行う条件分岐文から
なる。ＢＢ３は、ソースプログラム上では離れている
が、配列要素の代入を行う文とループ制御変数の更新文
からなる。参照変数集合３０６は、ループ中で参照され
る変数の集合である。図３（ａ）のプログラムでは、変
数ａ［］、ｂ［］、ｉ、ｎの四つの変数が参照されてい
る。以上は、ループ情報１１３についての説明である。

【００１８】図４は、図１における別名テーブルの構成
を示す図である。別名情報１１４を保持するためには、
プログラム中で参照されている各変数の別名に関する情
報を保持する別名テーブル４０１を作成する。この別名
テーブル４０１では、Ｃ言語での＊ｐのようなポインタ
の指示先の間接参照も変数として扱われる。従って、こ
こで言う変数とメモリ領域の対応は動的（実行時に変化
しうる）な関係である。また、配列要素を参照する場
合、要素間の区別は行われず、例えば、ａ［１］とａ
［２］は同一の変数として扱われる（ａ［］で表す）。
同様にポインタ指示先の間接参照も、ポインタに加えら
れる整数の値は区別せずに、ポインタｐに対する＊ｐと
＊（ｐ＋１）は同一の変数として扱う。Ｃ言語で配列が
仮引数の場合のように、配列の先頭アドレスを表すメモ
リ領域が配列要素とは別に取られる場合には、その配列
の要素とは別の変数として扱われる。別名関係は、反射
的かつ対称的な変数間の二項関係として求められるが、
その結果は各変数に対してその変数と別名関係にある他
の変数の集合として別名テーブルに登録する。ポインタ
解析の方法によっては、別名関係が推移的なものとして
求められることもある。また、静的な別名解析の精度は
高い方が好ましいが、以下の処理の実現方法は別名解析
の精度には依存しない。

【００１９】図４は、図２（ａ）に示したＣ言語のプロ
グラムに対するに別名情報１１４の表現方法を示してい
る。図２（ａ）のプログラムでは、仮引数として配列ａ
［］とｂ［］が宣言されている。このとき実際に引数と
して渡されるのは、それぞれの配列の先頭アドレスであ
り、それらはポインタａとｂとして参照できる。ポイン
タａとｂは実引数の情報がなければ、同一のメモリ領域
を指すことができると考える必要があるため、配列
ａ［］とｂ［］の間に別名関係が生じる。この別名関係
についての情報は、別名テーブル４０１に保持される。
別名テーブルは各変数毎にエントリがあり、各エントリ
には変数の名前４０２、別名変数集合４０３、同値変数
集合４０４のフィールドからなる。別名変数集合４０３
は、別名関係にある変数の集合を保持する。同値変数集
合」４０４は同値関係にある変数の集合を保持するが、
静的解析部１０５では使用しない。別名関係は反射的で
あるため、全ての変数はその変数自身と別名になるが、
自明なので別名テーブルの別名変数集合４０３と同値変
数集合４０４では省略する。変数ａ［］の別名変数集合
は｛ａ［］，ｂ［］｝であるから、別名テーブル４０１
のａ［］のエントリ４０５の別名変数集合４０３には、
ｂ［］のみを登録する。以上は、別名情報１１４の説明
である。

【００２０】図１に戻って、ループ最適化部１０６で
は、目的コードの実行性能が向上するようにループの最
適化を行う。ここでは、ループテーブル３０２の作成さ
れているループのみを対象にする。ループ最適化部１０
６は、同値類分割部１０７、別名参照置換部１０８、配
列依存解析部１０９、およびループ変換部１１０の４つ
のステップから構成される。以下、これらのステップの
処理内容について説明する。同値類分割部１０７では、
別名関係を推移的になるように拡張することで得られる
同値関係から、ループ中で参照される変数の集合を同値
類に分割する。同値類分割部１０７の出力である同値類
情報１１５は、同値類テーブル５０１で表わされる。図
５に、同値類テーブル５０１の構造を示す。同値類テー
ブル５０１は、変数毎にエントリが作成され、フィール
ドとして変数名５０２、代表変数５０３、差分変数５０
４、初期化文５０５、および参照式５０６が備えられ
る。同値類テーブル５０１の各エントリは、ループテー
ブルの参照変数集合３０６に登録された各変数毎に作ら
れ、変数名５０２にはその変数の名前が登録される。そ
の他のフィールドの意味は、その値を設定する処理の説
明の中で述べる。

【００２１】図６に、同値類分割部１０７の処理の流れ
を示す。図中の６０１、６０２、６０３からなる処理
は、前述の原理の欄の段落番号〔００１２〕で示した
（ｃ１１），（ｃ１２）、（ｃ１３）の各ステップから
なる処理に対応し、これらの処理で別名関係から同値関
係を作る。ステップ６０１では、同値関係Ｅｑｕｉｖを
別名関係Ａｌｉａｓで初期化する。このことは、別名テ
ーブル４０１の各エントリで、別名変数集合４０３に登
録された変数の集合を、同じエントリの同値変数集合４
０４にコピーすることで実現される。ステップ６０２で
は、同値関係［ａ，ｂ］と［ａ，ｃ］が既に登録されて
いるが、［ｂ，ｃ］がまだ登録されていないような同値
関係［ｂ，ｃ］を検索する。このことは、別名テーブル
４０１の各エントリについて、同値変数集合４０４に登
録された変数の全ての組み合わせについて、その組み合
わせからなる同値関係が登録されているかを調べること
で実現できる。このとき、未登録の同値関係を発見でき
なければ、ステップ６０４へ移る。ステップ６０３で
は、ステップ６０２で検出された未登録の同値関係
［ｂ，ｃ］を登録する。［ｂ，ｃ］を登録するとは、別
名テーブル４０１のｂのエントリの同値変数集合４０４
にｃを加え、同様にｃのエントリの同値変数集合４０４
にｂを加えることである。

【００２２】次に、得られた同値関係から、ループ中で
参照される変数の集合を同値類に分割する。ステップ６
０４では、ループ中で参照される各変数ｖについて、Ｆ
ｌａｇ（ｖ）という変数を用意し、これを０で初期化す
る。このＦｌａｇ（ｖ）は変数ｖの所属する同値類が決
まると１に設定される。ステップ６０５では、Ｆｌａｇ
（ｖ）が０である変数ｖを検索する。条件を満たす変数
が複数ある場合は、ポインタ指示先の間接参照かあるい
は配列要素の参照を優先的に選ぶ。そのようなｖがなけ
れば、全ての変数の所属する同値類が求められたので、
同値類分割部１０７の処理を終える。ステップ６０６で
は、ステップ６０５で求めた変数ｖに対するＦｌａｇ
（ｖ）を１に設定する。このｖは所属する同値類の代表
変数とするので、同値類テーブル５０１のｖのエントリ
の代表変数５０３をｖ自身に設定する。また、ｖは代表
変数であるから、同値類テーブル５０１のｖのエントリ
の差分変数５０４、初期化文５０５、参照式５０６には
何も設定しない（あるいは、空であることを示す値を設
定する）。

【００２３】ステップ６０７では、ｖと同値関係にある
変数でまだ所属する同値類の設定されていない変数を探
し、これをｕとする。そのような変数がなければ、ステ
ップ６０５からの処理を繰り返す。ステップ６０８で
は、ステップ６０７で求められた変数ｕの所属する同値
類を、変数ｖが代表変数である同値類に決定する。その
ため、以下の処理を行う。まず、Ｆｌａｇ（ｕ）を１に
設定して、所属する同値類が決まったことを示す。次
に、同値類テーブル５０１のｕのエントリの代表変数５
０３をｖに設定する。さらに、ｕとｖとのアドレスの差
を表す一時変数ｔを作成し、同値類テーブル５０１のｕ
のエントリの差分変数５０４にｔに設定する。さらに、
ｔの値を＆ｕ−＆ｖに設定する文を同値類テーブル５０
１のｕのエントリの初期化文５０５に設定する。このと
き、ｕがポインタの指示先の間接参照であるとき、つま
りあるポインタｐに対して＊ｐで表される変数であると
き、＆ｕをそのまま表すと＆（＊ｐ）であるが、これは
式ｐと同じ意味なので、ｔ＝ｐ−＆ｖとして初期化文を
作成する。また、ｕが配列要素の参照であるとき、つま
りある配列ａに対してａ［］で表される変数であると
き、＆ｕは配列の先頭要素のアドレスとみなして、ｔ＝
＆（ａ［０］）−＆ｖとして初期化文を作成する。ｖが
ポインタの指示先の間接参照や配列要素の場合も同様で
ある。ステップ６０８の最後に、同値類テーブル５０１
のｕのエントリの参照式５０６に（＆ｖ）［ｔ］という
式を設定する。ｖがポインタの指示先の間接参照や配列
要素の場合は、初期化文の場合と同様の式に置き換え
る。

【００２４】図２（ａ）の変数ｂ［］に対する同値類テ
ーブル５０１のエントリ５０７を例に同値類分割部１０
７の処理の例を説明する。変数ｂ［］は仮引数配列であ
るため、配列要素を表す変数ｂ［］とは別に、配列の先
頭アドレスを保持するポインタｂが存在する。配列
ａ［］とｂ［］は別名関係があるため、同じ同値類に属
する。ａ［］が先に代表変数に選ばれたとすると、同値
類テーブル５０１のｂ［］のエントリの各フィールドは
以下のように設定される。代表変数５０３は配列ａ［］
を設定する。差分変数５０４は新たに作成する一時変数
ｔを設定する。初期化文５０５はｔ＝ｂ−ａという式が
設定される。配列ａ［］とｂ［］に対する初期化文は一
般には、＆ｂ［０］−＆ａ［０］となるが、この場合は
仮引数配列であるため、＆ｂ［０］と＆ａ［０］はそれ
ぞれポインタｂとａと同じ値を表している。そのため、
ｔの初期値はｂ−ａとなる。参照式５０６は、まず（＆
ａ［０］）［ｔ］という式が得られるが、ａがポインタ
であることからａ［ｔ］という式に簡略化されて登録さ
れる。以上が、同値類分割１０７の処理の説明である。

【００２５】図１に戻って、別名参照置換部１０８の処
理内容を説明する。図７は、別名参照置換部１０８の処
理の流れを示す。ステップ７０１では、ループ中で参照
される各変数ｖについてＦｌａｇ（ｖ）という変数を設
け、これを０で初期化する。このＦｌａｇ（ｖ）は変数
ｖの参照の置換を行うと１に設定される。なお、図６で
使用された同名の変数とは関係ない。ステップ７０２で
は、未処理の代表変数ｒを探す。ある変数が代表変数で
あるか否かは、同値類テーブル５０１で変数名５０２と
代表変数５０３が同一の変数であるかどうかを調べれば
わかる。全ての代表変数の処理が終われば、別名参照置
換部１０８の処理を終える。ステップ７０３では、ステ
ップ７０２で検出された代表変数ｒに対して、Ｆｌａｇ
（ｒ）を１に設定し、処理済みであることを示す。ステ
ップ７０４では、代表変数ｒがポインタの指示先の間接
参照であるか否かを判定する。これは、ｒの変数名があ
るポインタｐに対して＊ｐであるか否かを判定すればよ
い。

【００２６】ステップ７０５では、ｒがポインタの指示
先の間接参照である場合に、ｒの参照を配列要素の参照
に置換する。ｒがあるポインタｐに対して＊ｐという変
数名であったとき、その参照は一般にはある整数型の式
ｅｘｐに対して、＊（ｐ＋ｅｘｐ）となる。そのとき、
ｐ［ｅｘｐ］という配列要素の参照に置き換える。ステ
ップ７０６では、ｒと同じ同値類に属する他の変数で未
処理のものを探す。それには、同値類テーブル５０１で
代表変数５０３がｒであり、Ｆｌａｇ（ｖ）が０である
ような変数ｖを探せばよい。そのような変数が見つから
ないときは、ステップ７０２からの処理を繰り返す。ス
テップ７０７では、ステップ７０６で検出された変数ｖ
に対して、Ｆｌａｇ（ｖ）を１とし、処理済みであるこ
とを示す。ステップ７０８では、ｖをｒを用いた参照に
置換可能であるかを判定する。置換できないのは、例え
ば以下のような場合である。 （１）ｖまたはｒの変数名に現れるポインタの定義文が
ループ中にある場合、（２）ｖとｒの型が違う場合、
（３）ｖとｒがユーザー空間とシステム空間のように異
なるアドレス空間にある可能性がある場合、（４）ｖと
ｒのアドレスの差が整数型変数では表せない値になる可
能性がある場合、これらの場合にはｖの参照を置換せ
ず、ステップ７０６からの処理を繰り返す。

【００２７】以下では、全ての変数の参照を置換できる
ものとして説明する。ステップ７０９では、同値類テー
ブル５０１のｖのエントリの初期化文５０５に登録され
た、差分変数５０４の初期値を設定する文を、最適化を
行っているループのプリヘッダに挿入する。挿入すべき
基本ブロックはループテーブル３０２のループプリヘッ
ダ３０４から知ることが出来る。挿入する初期化文はプ
リヘッダの基本ブロック中の他の文とは依存関係がない
ため、基本ブロック中のどこに挿入しても良い。ステッ
プ７１０では、ループ中のｖの参照を、同値類テーブル
５０１のｖのエントリの参照式５０６に登録された式を
用いた参照に置換する。ｖがスカラ変数の場合、参照式
５０６の式がそのまま使用できる。ｖがポインタ指示先
の場合、ポインタをｐ、参照する際の添字をｅｘｐ、差
分変数をｔとすると、＊（ｐ＋ｅｘｐ）の参照は（＆
ｒ）［ｅｘｐ＋ｔ］に置換する。ｖが配列要素の場合、
配列をａ、参照する際の添字をｅｘｐ、差分変数をｔと
すると、ａ［ｅｘｐ］の参照は（＆ｒ）［ｅｘｐ＋ｔ］
に置換する。ただし、ｒがポインタ指示先の場合、ポイ
ンタをｑとすると、（＆ｒ）［ｅｘｐ＋ｔ］は（＆（＊
ｑ））［ｅｘｐ＋ｔ］となるから、それと等価なｑ［ｅ
ｘｐ＋ｔ］という参照に置換する。同様にｒが配列要素
の場合、配列をｂとすると、（＆ｒ）［ｅｘｐ＋ｔ］は
（＆（ｂ［０］）［ｅｘｐ＋ｔ］となるから、それと等
価なｂ［ｅｘｐ＋ｔ］という参照に置換する。以上で、
別名参照置換部１０８の説明を終える。

【００２８】配列依存解析部１０９では、配列要素の参
照の間の依存関係を解析し、条件付きの配列依存情報１
１６を出力する。別名参照置換部１０８の処理を行った
後では、元のプログラムでは別名関係にある変数の参照
であったものが、同一配列の参照として表されている。
そのため、同一配列の参照に対する実行時依存解析を行
う時と同じように配列依存解析を行えばよい。配列依存
解析の方法は（文献１）などに記載されている既存の方
法でよいので、詳細な説明は省略する。次に、ループ変
換部１１０では、条件付き配列依存情報１１６を元に、
ループ変換を行う。このとき、条件付き依存関係の有無
により適用できるか否かが異なるループ変換を行う際に
は、実施可能な条件が成り立つか否かを実行時に判定す
るように条件分岐文を作成し、条件を満たす一方にはそ
のループ変換を行い、他方にはそのループ変換を行わな
いようにする。ループ変換の具体的な方法は（文献１）
などに記載されている既存の方法でよいので、詳細な説
明は省略する。

【００２９】図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明による
プログラムの変換例を示す図である。図８（ａ）のプロ
グラムを例に、ループ最適化の効果を説明する。このプ
ログラムは図２（ａ）のプログラムと似ているが、配列
のコピーではなく、配列ａ［］の各要素に配列ｂ［］の
各要素を加える。しかし、参照される変数は図２（ａ）
のプログラムと同様であり、別名情報と同値類情報は図
３と図４のようになる。別名参照置換部１０８で変数の
参照を置換した結果をＣ言語のプログラムに戻して表す
と、図８（ｂ）のようになる。その結果、ループ中では
配列ａ［］としか参照されなくなるので、別名変数の参
照がなくなる。このループの配列依存関係は次のように
求められる。まず、ａ［ｉ］の定義と使用は添字が同一
であるため、同一繰り返し内の逆依存が生じる。しか
し、これは並列化の妨げとならない。一方、ａ［ｉ］の
定義とａ［ｉ＋ｔ］の使用との間には、ｔの値に応じて
依存関係が生じる。まず、ｔ＜−ｎまたはｔ＞ｎの時に
は、ａ［ｉ］の添字の範囲とａ［ｉ＋ｔ］の添字の範囲
は重ならないため、依存は生じない。ｔ＝＝０の場合
は、添字が常に同一なので、ループ運搬依存は生じな
い。０＜ｔかつｔ＜ｎの場合は、前の繰り返しで定義し
た要素を後の繰り返しで使用するため、ループ運搬フロ
ー依存が生じ、並列化は出来ない。最後に、０＞ｔかつ
ｔ＞−ｎの場合は、前の繰り返しで使用した要素を後の
繰り返しで定義するため、ループ運搬逆依存が生じる。
この場合、図２（ａ）のプログラムと同様に、新たに大
きさｎの配列ｃ［］を加えて、加算と代入を別のループ
で行うことにより、並列化が可能になる。

【００３０】図８（ｃ）はループ変換を行った後のコー
ドをＣ言語で表現したものである。ループ運搬依存のな
い場合８０４は二つの配列の加算を行う並列実行ライブ
ラリ（ｖｅｃ＿ａｄｄ（））の呼び出しに置き換えられ
る。ループ運搬フロー依存のある場合８０５には、並列
化は行われない。ループ運搬逆依存のある場合８０６に
は、一時記憶用の配列ｃ［］に並列に行った加算の結果
を一旦保持し、全ての加算の終了後にｃ［］からａ［］
への代入を並列に行う。これは並列実行ライブラリを用
いて、配列の加算（ｖｅｃ＿ａｄｄ（）と配列のコピー
（ｖｅｃ＿ｃｏｐｙ（））の呼び出しにより実現され
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
変数間に別名関係がある場合でも最適化の妨げとなるデ
ータ依存関係がないことを検出することにより、従来よ
りも適用範囲の広い実行時依存解析方法を実現すること
ができ、より効果的な最適化が可能である。また、別名
のない場合に実行時配列依存解析を行えるコンパイラに
対しては、その配列依存解析部に手を加えることなく、
配列依存解析と別名関係を統合した実行時解析を実現可
能とすることにより、コンパイラの開発工数を軽減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すコンパイラの処理の流
れを示す図である。

【図２】別名関係と並列化との関係を示す図である。

【図３】本発明におけるループテーブルの構成を示す図
である。

【図４】本発明における別名テーブルの構成を示す図で
ある。

【図５】本発明における同値類テーブルの構成を示す図
である。

【図６】本発明における同値類分割部の処理の流れを示
す図である。

【図７】本発明における別名参照置換部の処理の流れを
示す図である。

【図８】本発明におけるプログラムの変換例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０１…ソースプログラム、１０２…コンパイラ、１０
３…目的プログラム、１０４…フロントエンド、１０５
…静的解析部、１０６…ループ最適化部、１０７…同値
類分割部、１０８…別名参照置換部、１０９…配列依存
解析部、１１０…ループ変換部、１１１…コード生成
部、１１２…中間コード、１１３…ループ情報、１１４
…別名情報、１１５…同値類情報、１１６…条件付き配
列依存情報、２０１…別名関係にある配列の参照を含む
Ｃプログラムの例、２０２…ループ運搬逆依存がある場
合に並列化可能に変換したプログラム、８０１…最適化
しようとするプログラムのループ部分、８０２…別名参
照置換処理を行った後のプログラムのＣ言語による表
現、８０３…実行時依存解析を行うように最適化した後
のプログラムのＣ言語による表現、８０４…ループ運搬
依存のない場合に実行されるコード、８０５…ループ運
搬フロー依存のある場合に実行されるコード、８０６…
ループ運搬逆依存のある場合に実行されるコード。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソースプログラムから実行時依存解析を
   行うコードを含む目的プログラムを生成する方法であっ
   て、（ａ）ソースプログラムを解析して中間コードを生
   成するステップと、（ｂ）該中間コードから制御および
   データの流れに関するフロー情報を抽出するステップ
   と、（ｃ）該フロー情報に基づいて前記中間コードにお
   ける変数の参照を、該変数の参照と等価な別の変数の参
   照に置換するステップと、（ｄ）前記置換を行った中間
   コードに対して実行時依存解析を行うコードの生成を含
   む最適化を行うステップとを有することを特徴とする実
   行時依存解析を行う目的プログラムの生成方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の実行時依存解析を行う
   目的プログラムの生成方法において、 前記ステップ（ｂ）によって抽出されるフロー情報は、
   プログラム中で参照する変数間の別名関係を表す別名情
   報を含み、 前記ステップ（ｃ）において、（ｃ１）変数の集合上の
   同値関係を、前記別名情報を用いて別名関係にある変数
   どうしは必ず同値となるように定めるステップと、（ｃ
   ２）前記同値関係に基づいて変数の集合を同値類に分割
   するステップと、（ｃ３）前記各同値類に対して、その
   同値類に属する変数の１つを代表変数として選択するス
   テップと、（ｃ４）前記各同値類に対して、同値類に属
   する前記代表変数以外の変数の参照を代表変数を用いた
   参照に置換するステップとを有することを特徴とする実
   行時依存解析を行う目的プログラムの生成方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の実行時依存解析を行う
   目的プログラムの生成方法において、 前記ステップ（ｃ４）において、前記代表変数の先頭ア
   ドレスと代表変数以外の変数の先頭アドレスが一致しな
   いときは、それらの先頭アドレスの差を保持する一時変
   数である差分変数を導入し、代表変数以外の変数の参照
   を、代表変数の先頭アドレスと前記差分変数を用いて表
   した参照に置換することを特徴とする実行時依存解析を
   行う目的プログラムの生成方法。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の実行
   時依存解析を行う目的プログラムの生成方法において、 前記ステップ（ｂ）で抽出されるフロー情報が、プログ
   ラム中のループ構造を表すループ情報を含み、前記ステ
   ップ（ｃ）およびステップ（ｄ）の処理を前記ループ情
   報を用いてループ毎に個別に適用することを特徴とする
   実行時依存解析を行う目的プログラムの生成方法。