Оптимизация передачи параметров в процедуры и функции

Выше рассмотрен метод передачи параметров в процедуры и функции через стек. Этот метод применим к большинству языков программирования и используется практически во всех современных компиляторах для различных архитектур целевых вычислительных систем (на которых выполняется результирующая программа).

Данный метод прост в реализации и имеет хорошую аппаратную поддержку во многих архитектурах. Однако он является неэффективным в том случае, если процедура или функция выполняет несложные вычисления над небольшим количеством параметров. Тогда всякий раз при вызове процедуры или функции компилятор будет создавать объектный код для размещения ее фактических параметров в стеке, а при выходе из нее — код для освобождения ячеек, занятых параметрами. При выполнении результирующей программы этот код будет задействован. Если процедура или функция выполняет небольшие по объему вычисления, код для размещения параметров в стеке и доступа к ним может составлять существенную часть ко всему коду, созданному для этой процедуры или функции. A если эта функция вызывается многократно, то этот код будет заметно снижать эффективность ее выполнения.

Существуют методы, позволяющие снизить затраты кода и времени выполнения на передачу параметров в процедуры и функции и повысить в результате эффективность результирующей программы:

Q передача параметров через регистры процессора;

Q подстановка кода функции в вызывающий объектный код.

Метод передачи параметров через регистры процессора позволяет разместить в« или часть параметров, передаваемых в процедуру или функцию, непосредственно в регистрах процессора, а не в стеке. Это позволяет ускорить обработку параметров функции, поскольку работа с регистрами процессора всегда выполняется быстрее, чем с ячейками оперативной памяти, где располагается стек. Если все параметры удается разместить в регистрах, то сокращается также и объем кода поскольку исключаются все операции со стеком при размещении в нем параметров.

Понятно, что регистры процессора, используемые для передачи параметров в процедуру или функцию, не могут быть задействованы напрямую для вычислений внутри этой процедуры или функции. Поскольку программно доступных регистров процессора всегда ограниченное количество, то при выполнении сложньи вычислений могут возникнуть проблемы с их распределением. Тогда компилятор должен выбрать: либо использовать регистры для передачи параметров и снизить эффективность вычислений (часть промежуточных результатов, возможно потребуется размещать в оперативной памяти или в том же стеке), либо использовать свободные регистры для вычислений и снизить эффективность передач* параметров. Поэтому реализация данного метода зависит от количества программно доступных регистров процессора в целевой вычислительной системе и от используемого в компиляторе алгоритма распределения регистров. B современны> процессорах число программно доступных регистров постоянно увеличиваете* с разработкой все новых и новых их вариантов, поэтому и значение этого методг постоянно возрастает.

Этот метод имеет ряд недостатков. Во-первых, очевидно, он зависит от архитек туры целевой вычислительной системы. Во-вторых, процедуры и функции, оп тимизированные таким методом, не могут быть использованы в качестве проце дур или функций библиотек подпрограмм ни в каком виде. Это вызвано тем, чтс методы передачи параметров через регистры процессора не стандартизовань (в отличие от методов передачи параметров через стек) и зависят от реализацш компилятора. Наконец, этот метод не может быть использован, если где бы то ш было в процедуре или функции требуется выполнить операции с адресами (ука зателями) на параметры.

B большинстве современных компиляторов метод передачи параметров в проце дуры и функции выбирается самим компилятором автоматически в процессе ге нерации кода для каждой процедуры и функции. Однако разработчик имеет, каІ правило, возможность запретить передачу параметров через регистры процессо pa либо для определенных функций (для этого используются специальные клю чевые слова входного языка), либо для всех функций в программе (для этого ис пользуются настройки компилятора).

Некоторые языки программирования (такие, например, как C и C++) позволяю-разработчику исходной программы явно указать, какие параметры или локальные переменные процедуры он желал бы разместить в регистрах процессора. Тогда компилятор стремится распределить свободные регистры в первую очередь именно для этих параметров и переменных.

Метод подстановки кода функции в вызывающий объектный код (так называемая inline-подстановка) основан на том, что объектный код функции непосредственно включается в вызывающий объектный код всякий раз в месте вызова функции.

Для разработчика исходной программы такая функция (называемая іпІіпе-функ-цией) ничем не отличается от любой другой функции, но для вызова ее в результирующей программе используется принципиально другой механизм. По сути, вызов функции в результирующем объектном коде вовсе не выполняется — просто все вычисления, производимые функцией, выполняются непосредственно в самом вызывающем коде в месте ее вызова.

Очевидно, что в общем случае такой метод оптимизации ведет не только к увеличению скорости выполнения программы, но и к увеличению объема объектного кода. Скорость увеличивается за счет отказа от всех операций, связанных с вызовом функции, — это не только сама команда вызова, но и все действия, связанные с передачей параметров. Вычисления при этом идут непосредственно с фактическими параметрами функции. Объем кода растет, так как приходится всякий раз включать код функции в место ее вызова. Тем не менее если функция очень проста и включает в себя лишь несколько машинных команд, то можно даже добиться сокращения кода результирующей программы, так как при включении кода самой функции в место ее вызова оттуда исключаются операции, связанные с передачей ей параметров.

Как правило, этот метод применим к очень простым функциям или процедурам, иначе объем результирующего кода может существенно возрасти. Кроме того, он применим только к функциям, вызываемым непосредственно по адресу, без применения косвенной адресации через таблицы RTTI (см. раздел «Семантический анализ и подготовка к генерации кода» этой главы). Некоторые компиляторы допускают применять его только к функциям, предполагающим последовательные вычисления и не содержащим циклов.

Ряд языков программирования (например, C++) позволяют разработчику явно указать, для каких функций он желает использовать inline-подстановку. B C++, например, для этой цели служит ключевое слово входного языка inline.