编译原理之美
宫文学
北京物演科技CEO
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开篇词 (1讲)
开篇词 | 为什么你要学习编译原理?
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实现一门脚本语言 · 原理篇 (13讲)
01 | 理解代码:编译器的前端技术
02 | 正则文法和有限自动机:纯手工打造词法分析器
03 | 语法分析(一):纯手工打造公式计算器
04 | 语法分析(二):解决二元表达式中的难点
05 | 语法分析(三):实现一门简单的脚本语言
06 | 编译器前端工具(一):用Antlr生成词法、语法分析器
07 | 编译器前端工具(二):用Antlr重构脚本语言
08 | 作用域和生存期:实现块作用域和函数
09 | 面向对象:实现数据和方法的封装
10 | 闭包: 理解了原理,它就不反直觉了
11 | 语义分析(上):如何建立一个完善的类型系统?
12 | 语义分析(下):如何做上下文相关情况的处理?
13 | 继承和多态:面向对象运行期的动态特性
实现一门脚本语言 · 应用篇 (2讲)
14 | 前端技术应用(一):如何透明地支持数据库分库分表?
15 | 前端技术应用(二):如何设计一个报表工具?
实现一门脚本语言 · 算法篇 (3讲)
16 | NFA和DFA:如何自己实现一个正则表达式工具?
17 | First和Follow集合:用LL算法推演一个实例
18 | 移进和规约:用LR算法推演一个实例
实现一门脚本语言 · 热点答疑与用户故事 (2讲)
19 | 案例总结与热点问题答疑:对于左递归的语法,为什么我的推导不是左递归的?
用户故事 | 因为热爱,所以坚持
编译原理 · 期中考试周 (1讲)
期中考试 | 来赴一场100分的约定吧!
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实现一门编译型语言 · 原理篇 (12讲)
20 | 高效运行:编译器的后端技术
21 | 运行时机制:突破现象看本质,透过语法看运行时
22 | 生成汇编代码(一):汇编语言其实不难学
加餐 | 汇编代码编程与栈帧管理
23 | 生成汇编代码(二):把脚本编译成可执行文件
24 | 中间代码:兼容不同的语言和硬件
25 | 后端技术的重用:LLVM不仅仅让你高效
26 | 生成IR:实现静态编译的语言
27 | 代码优化:为什么你的代码比他的更高效?
28 | 数据流分析:你写的程序,它更懂
29 | 目标代码的生成和优化(一):如何适应各种硬件架构?
30 | 目标代码的生成和优化(二):如何适应各种硬件架构?
实现一门编译型语言 · 应用篇 (2讲)
31 | 内存计算:对海量数据做计算,到底可以有多快?
32 | 字节码生成:为什么Spring技术很强大?
实现一门编译型语言 · 扩展篇 (3讲)
33 | 垃圾收集:能否不停下整个世界?
34 | 运行时优化:即时编译的原理和作用
35 | 案例总结与热点问题答疑:后端部分真的比前端部分难吗?
面向未来的编程语言 (3讲)
36 | 当前技术的发展趋势以及其对编译技术的影响
37 | 云编程:云计算会如何改变编程模式?
38 | 元编程:一边写程序,一边写语言
结束语 (1讲)
结束语 | 用程序语言,推动这个世界的演化
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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 2019-11-01
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。
但当我们进入 CPU 内部,会看到 CPU 是由多个功能部件构成的。下图是 Ice Lake 微架构的 CPU 的内部构成(从Intel 公司的技术手册中获取):
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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精选留言(2)

  • 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
  • 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。

    2019-11-01
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