电脑科学中,指令选择(Instruction selection)是编译过程中的其中一个环节,位于编译器后端。其工作是将中层的中间语言(IR)转换为底层的中间语言。对于一般的编译器,这个阶段会执行于指令调度寄存器配置这两个阶段之前,因此该编译环节产出的IR一般允许程序中存在无限个伪寄存器(也作临时变量,Temporaries),并且窥孔优化依旧适用于该IR。忽略这些特性,该中间语言已经与目标的机器码字节码汇编语言非常相近。 [1] [2]

例子

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假设目标机器码为x86指令集,则对于以下中层中间语言:

t1 = a
t2 = b
t3 = add t1, t2

经过指令选择以后,会产生以下底层中间语言:

MOV R0, a
MOV R1, b
ADD R1, R0

注意x86架构并不存在 R0R1 这两个寄存器。经过寄存器配置后,这两个伪寄存器会被替换成 eax 等实际存在的寄存器。

实现方案

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最简单的指令选择实现方案是宏扩展(Macro expansion)方案[3],亦称作解释性代码生成[4]。使用宏扩展的指令选择器会在中级 IR 上进行模板匹配的操作,并且在匹配成功时执行相应的宏,此时该宏以匹配到的中层 IR 部分作为输入,输出对应的目标底层 IR。 宏扩展可以直接在文本形式的中层 IR 上完成,也可以将中层 IR 首先转换为图形,然后对其进行深度优先遍历。[5][6][7][8]

除非目标机器的指令集非常简单,否则宏扩展算法生成出来的代码一般会存在效率低下的问题。为了缓解这个问题,应用此方案的编译器通常将其与窥孔优化相结合,以将简单指令的组合替换为更复杂的等效单一指令,从而提高性能并减少代码大小。这个方法被称作 Davidson-Fraser 方法,目前在 GCC 中得到应用。[9]

另外一种实现方案是图形覆盖(Covering the graph)方案。[10]

参考文献

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  1. ^ Blindell, Gabriel S. Hjort. Survey on Instruction Selection: An Extensive and Modern Literature Review (报告). 2013. ISBN 978-91-7501-898-0. arXiv:1306.4898 . 
  2. ^ Blindell, Gabriel S. Hjort. Instruction Selection: Principles, Methods, & Applications. Springer. 2016 [2023-06-09]. ISBN 978-3-319-34017-3. S2CID 13390131. doi:10.1007/978-3-319-34019-7. (原始内容存档于2021-05-18). 
  3. ^ Brown, P. A Survey of Macro Processors. Annual Review in Automatic Programming. 1969, 6 (2): 37–88. ISSN 0066-4138. doi:10.1016/0066-4138(69)90001-9. 
  4. ^ Cattell, R. G. G. A Survey and Critique of Some Models of Code Generation (PDF). School of Computer Science, Carnegie Mellon University (Technical report). 1979. (原始内容存档 (PDF)于May 23, 2019). 
  5. ^ Ganapathi, M.; Fischer, C. N.; Hennessy, J. L. Retargetable Compiler Code Generation. Computing Surveys. 1982, 14 (4): 573–592. ISSN 0360-0300. S2CID 2361347. doi:10.1145/356893.356897. 
  6. ^ Lunell, H. Code Generator Writing Systems (Doctoral thesis). Linköping, Sweden: Linköping University. 1983. 
  7. ^ Ammann, U.; Nori, K. V.; Jensen, K.; Nägeli, H. The PASCAL (P) Compiler Implementation Notes. Instituts für Informatik (Technical report). 1974. 
  8. ^ Orgass, R. J.; Waite, W. M. A Base for a Mobile Programming System. Communications of the ACM. 1969, 12 (9): 507–510. S2CID 8164996. doi:10.1145/363219.363226. 
  9. ^ Davidson, J. W.; Fraser, C. W. Code Selection Through Object Code Optimization. ACM Transactions on Programming Languages and Systems. 1984, 6 (4): 505–526. CiteSeerX 10.1.1.76.3796 . ISSN 0164-0925. S2CID 10315537. doi:10.1145/1780.1783. 
  10. ^ Aho, A. V.; Ganapathi, M.; Tjiang, S. W. K. Code Generation Using Tree Matching and Dynamic Programming. ACM Transactions on Programming Languages and Systems. 1989, 11 (4): 491–516. CiteSeerX 10.1.1.456.9102 . S2CID 1165995. doi:10.1145/69558.75700.