常见的基于堆栈的 VM 字节码优化？

Question

好吧，我发布这篇文章是担心它可能会在任何人阅读之前被关闭 - 我已经很习惯了 - 但我会试一试......甚至指向我朝着正确的方向或一些确实包含特定答案的现有答案肯定会......

所以，在这个简短的介绍之后... 我目前正在为 C（基于堆栈的 VM）编写一个 字节码解释器我设计的编程语言。

如果您想查看支持的操作码，请随时在此处查看：https://github.com/arturo-lang/arturo/blob/master/src/vm/opcodes.h

堆叠机并没有什么特别之处。值被压入和弹出，运算符和函数对它们进行处理，将评估结果推回堆栈。到目前为止一切顺利。

现在，我正处于所有核心功能都已具备的阶段，我正在尝试通过进一步优化来进一步提升它。

这是一个例子（希望是一个相当说明性的例子）。

输入：

fibo: $(x){
    if x<2 {
        return 1
    } {
        return [fibo x-1] + [fibo x-2]
    }
}

i: 0
loop i<34 {
    print "fibo(" + i + ") = " + [fibo i]
    i: i+1
}

生成的字节码:

|== Data Segment /======================>
0   : [Func  ]= function <5,1>
1   : [Int   ]= 34
2   : [String]= fibo(
3   : [String]= ) = 
==/ Data Segment =======================|

|== Bytecode Listing /======================>
0   :0       JUMP [Dword] 31
1   :5       LLOAD0
2   :6       IPUSH2
3   :7       CMPLT
4   :8       JMPIFNOT [Dword] 20
5   :13      IPUSH1
6   :14      RET
7   :15      JUMP [Dword] 30
8   :20      LLOAD0
9   :21      IPUSH1
10  :22      SUB
11  :23      GCALL0
12  :24      LLOAD0
13  :25      IPUSH2
14  :26      SUB
15  :27      GCALL0
16  :28      ADD
17  :29      RET
18  :30      RET
19  :31      CPUSH0
20  :32      GSTORE0
21  :33      IPUSH0
22  :34      GSTORE1
23  :35      GLOAD1
24  :36      CPUSH1
25  :37      CMPLT
26  :38      JMPIFNOT [Dword] 61
27  :43      CPUSH2
28  :44      GLOAD1
29  :45      ADD
30  :46      CPUSH3
31  :47      ADD
32  :48      GLOAD1
33  :49      GCALL0
34  :50      ADD
35  :51      DO_PRINT
36  :52      GLOAD1
37  :53      IPUSH1
38  :54      ADD
39  :55      GSTORE1
40  :56      JUMP [Dword] 35
41  :61      END

==/ Bytecode Listing =======================|

任何使用过编译器、字节码解释器甚至 JVM 的人都应该熟悉上面的代码。

我想要什么？

关于如何进一步优化我的字节码的一般或具体的想法。

例如，每个 *2（即：IPUSH2 后跟 MUL 指令）转换为：IPUSH1, SHL，因为它的操作速度更快。

您还有什么建议？有没有什么地方可以优化这些事情的清单？你能提出一些具体的建议吗？

提前致谢！ :)

Answer 1

你给出的例子不是特别好，因为如果解释器进行移位而不是乘法，它的性能增益非常低。执行单个字节代码指令的开销在几个数量级上完全超过此特定优化的收益。

解释器的最高性能增益是最小化需要执行的指令数量。例如，尽可能将同一寄存器上的两个连续加法或减法累加到一个操作中。

为了能够进行这种优化，您应该尝试识别所谓的基本块（这些是执行所有指令或不执行指令的块，即没有跳入或跳出块）并通过将多条指令替换为一条指令来优化这些块中的指令数量，同时保持相同的代码语义。

如果你真的是认真的，你也可以尝试为你的语言写一个gcc后端来编译成字节码；这样您就可以受益于 gcc 对中间代码表示 (RTL) 的复杂优化方法。

常见的基于堆栈的 VM 字节码优化？

Common stack-based VM bytecode optimizations?

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