30 | 目标代码的生成和优化（二）：如何适应各种硬件架构？
宫文学
该思维导图由 AI 生成，仅供参考
前一讲，我带你了解了指令选择和寄存器分配，本节课我们继续讲解目标代码生成的，第三个需要考虑的因素：指令重排序（Instruction Scheduling）。
我们可以通过重新排列指令，让代码的整体执行效率加快。那你可能会问了：就算重新排序了，每一条指令还是要执行啊？怎么就会变快了呢？
别着急，本节课我就带你探究其中的原理和算法，来了解这个问题。而且，我还会带你了解 LLVM 是怎么把指令选择、寄存器分配、指令重排序这三项工作组织成一个完整流程，完成目标代码生成的任务的。这样，你会对编译器后端的代码生成过程形成完整的认知，为正式做一些后端工作打下良好的基础。
首先，我们来看看指令重排序的问题。
指令重排序
如果你有上面的疑问，其实是很正常的。因为我们通常会把 CPU 看做一个整体，把 CPU 执行指令的过程想象成，依此检票进站的过程，改变不同乘客的次序，并不会加快检票的速度。所以，我们会自然而然地认为改变顺序并不会改变总时间。
在这个结构中，一条指令执行时，要依次用到多个功能部件，分成多个阶段，虽然每条指令是顺序执行的，但每个部件的工作完成以后，就可以服务于下一条指令，从而达到并行执行的效果。这种结构叫做流水线（pipeline）结构。我举例子说明一下，比如典型的 RISC 指令在执行过程会分成前后共 5 个阶段。
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LLVM的目标代码生成和优化过程是本文的重点，特别关注了指令重排序对代码执行效率的影响。通过重新排列指令，可以提高代码的整体执行效率。文章详细介绍了LLVM如何组织指令选择、寄存器分配和指令重排序，完成目标代码生成的任务。指令重排序的原理和算法得到了详细讨论，包括流水线结构、指令级并行和数据依赖约束等概念。此外，文章还介绍了List Scheduling算法，并探讨了算法的复杂度。对于读者来说，本文对编译器后端的代码生成过程进行了深入的讲解，适合对编译器后端有一定了解的读者阅读。文章还提到了LLVM如何支持新的CPU架构，以及TableGen模块如何帮助快速生成后端，为读者提供了实用的技术知识。总的来说，本文内容丰富，涵盖了编译器后端的重要领域，对于对编译器技术感兴趣的读者具有一定的参考价值。
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lion_flymark，一下，走到这里不容易，越是后面的内容，越觉得吸引人。作者回复: 没有人知道，其实你已经在静悄悄的成长。 成长，都是发生在远离喧嚣的时候:-)
2020-12-245
余晓飞LLVM 的指令选择算法是基于 DAG（有向无边图）的树模式匹配 括号里应该为“有向无环图”。作者回复: 多谢！ 是的，文字有错误，马上修正！
2019-12-302
🐳正小歪我们可以给图中的每个节点再加上两个属性，利用这两个属性，就可以对指令进行排序了： 一是操作类型，因为这涉及它所需要的功能单元。 二是时延属性，也就是每条指令所需的时钟周期。 ----------------------------------------------- 老师，你好，请问下每条指令所需的时钟周期是固定的吗？作者回复: 通常来说，精简指令集（RISC）的每条指令，所需时钟周期是固定的。而复杂指令集（CISC）中，每条指令所需时钟周期就不太一样。具体可以去查CPU的手册。
2020-06-301
沉淀的梦想不太理解，为什么文中例子的指令重排序结果是a-c-e-b-d-g-f-h-i？b,d不是存在数据依赖吗？而且add的时钟周期为2,这么排应该会导致停顿啊作者回复: 我们在这个例子中，假设add的时钟周期是2。 这么排已经是总时钟周期最短的了。
2019-11-011
Giacomo后端比前端难了好多啊作者回复: 前端有点偏纯逻辑。后端还需要了解计算机的架构等技术细节，客观上你需要考虑的东西更多一些。但这些基本上都是知识（比如汇编的写法）而已，学习的任务是加重了，但不见得难。因为你熟悉了就不难了。 真正难的还是算法。无论是前端的算法还是后端的算法。相比而言，本课程所涉及的后端算法反倒比前段算法更容易掌握，比如寄存器分配的算法。只不过后端涉及的技术细节更多。
2019-11-03
dllmark2022-07-27- Someday根据时延属性，我们计算出了每个节点的累计时延（每个节点的累计时延等于父节点的累计时延加上本节点的时延） 这里把a后面标了13 ，b后面标了10，c后面标了12究竟是什么意思啊，怎么算出来的，没看懂啊2022-05-221
ifelse
都是新知识，收获满满2021-10-24
皮皮侠“……能够帮助你为某个新的 CPU 架构快速生成后端。你可以用一系列配置文件定义你的 CPU 架构的特征，比如寄存器的数量、指令集等等。”，老师，关于这块可以推荐一些资料么？2021-10-17
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