루프 반전 기술이란 무엇입니까?

Question 1

Java 용 JIT (Just -In-Time Compiler ) 최적화 기술에 대해 설명하는 문서를 살펴 보았습니다. 그중 하나는 "루프 반전"이었습니다. 그리고 문서에 따르면 :

일반 while루프를 루프로 do-while바꿉니다. 그리고 do-while루프는 if절 내에서 설정됩니다 . 이 교체는 두 번 더 적은 점프로 이어집니다.

루프 반전은 어떻게 작동하며 코드 경로를 어떻게 최적화합니까?

NB : 누군가 Java 코드의 예와 JIT가이를 네이티브 코드로 최적화하는 방법과 최신 프로세서에서 최적 인 이유를 설명 할 수 있다면 좋을 것입니다.

Question 2

while (condition) { 
  ... 
}

워크 플로우 :

상태 확인;
거짓이면 루프 외부로 점프합니다.
한 번의 반복을 실행하십시오.
맨 위로 이동합니다.

if (condition) do {
  ...
} while (condition);

워크 플로우 :

상태 확인;
거짓이면 루프 너머로 점프합니다.
한 번의 반복을 실행하십시오.
상태 확인;
참이면 3 단계로 이동합니다.

이 두 가지를 비교하면 루프를 통해 정확히 한 단계가 있고 일반적으로 점프 수가 반복 수보다 하나 적다면 후자가 점프를 전혀 수행하지 않을 수 있음을 쉽게 알 수 있습니다. 전자는 조건을 확인하기 위해 다시 점프해야하며 조건이 거짓 일 때만 루프에서 점프해야합니다.

최신 파이프 라인 CPU 아키텍처에서 점프는 비용이 많이들 수 있습니다. CPU가 점프 전에 검사 실행을 완료하고 있으므로 해당 점프를 넘어서는 명령은 이미 파이프 라인 중간에 있습니다. 분기 예측이 실패하면이 모든 처리를 폐기해야합니다. 파이프 라인이 다시 시작되는 동안 추가 실행이 지연됩니다.

언급 된 분기 예측 설명 : 각 종류의 조건부 점프에 대해 CPU에는 결과에 대한 베팅 을 포함하는 두 개의 명령이 있습니다. 예를 들어, 마지막 반복을 제외한 모든 반복에서 점프가 이루어져야하기 때문에 루프 끝에 " 0이 아니면 점프, 0이 아닌 것에 베팅 "이라는 명령을 넣을 수 있습니다. 이렇게하면 CPU가 점프 명령 자체를 따르는 명령 대신 점프 대상을 따르는 명령으로 파이프 라인을 펌핑하기 시작합니다.

중요 사항

마십시오 하지 소스 코드 수준에서 최적화하는 방법의 예로서이 걸릴. 질문에서 이미 분명한 것처럼 첫 번째 형식에서 두 번째 형식으로의 변환은 JIT 컴파일러가 루틴의 문제로 완전히 자체적으로 수행하기 때문에 완전히 잘못된 것입니다.

Question 3

이렇게하면 항상 한 번 이상 실행되는 루프를 최적화 할 수 있습니다.

while그런 다음 일반 루프는 항상 적어도 한 번은 처음으로 돌아가고 끝에서 한 번 끝으로 점프합니다. 한 번 실행되는 간단한 루프의 예 :

int i = 0;
while (i++ < 1) {
    //do something
}

반면에 do-while루프는 첫 번째와 마지막 점프를 건너 뜁니다. 다음은 점프없이 실행되는 위의 루프와 동일한 루프입니다.

int i = 0;
if (i++ < 1) {
    do {
        //do something
    } while (i++ < 1); 
}

Question 4

살펴 보겠습니다.

`while`버전 :

void foo(int n) {
    while (n < 10) {
       use(n);
       ++n;
    }
    done();
}

먼저 조건이 참이 아닌지 테스트 n하고 점프 done();합니다.
그런 다음을 사용하고 증가시킵니다 n.
이제 우리는 조건으로 돌아갑니다.
헹구고 반복하십시오.
조건이 더 이상 참이 아니면로 이동합니다 done().

`do-while`버전 :

(유지 보수 문제가 발생할 수있는 소스 코드에서는 실제로이 작업을 수행하지 않습니다. 컴파일러 / JIT가 대신 수행합니다.)

void foo(int n) {
    if (n < 10) {
        do {
            use(n);
            ++n;
        }
        while (n < 10);
    }
    done();
}

먼저 조건이 참이 아닌지 테스트 n하고 점프 done();합니다.
그런 다음을 사용하고 증가시킵니다 n.
이제 우리는 조건을 테스트하고 그것이 사실이라면 다시 점프합니다.
헹구고 반복하십시오.
조건이 더 이상 참이 아닐 때, 우리는 done().

예를 들어에서 n시작 9하면 do-while버전 에서 전혀 점프하지 않는 반면, while버전에서는 처음으로 돌아가서 테스트를 한 다음 그것이 사실이 아니라는 것을 알게되면 끝으로 돌아 가야합니다. .

Question 5

루프 반전은 프로세서가 더 적은 명령으로 동일한 결과를 달성 할 수 있으므로 성능을 향상시키는 성능 최적화 기술입니다. 이것은 대부분 경계 조건에서 성능을 향상시킵니다.

이 링크 는 루프 반전에 대한 또 다른 예를 제공합니다. 감소 및 비교가 단일 명령어 세트로 구현되는 몇몇 아키텍처에서는 감소 및 비교 연산을 사용하여 for 루프를 while으로 변환하는 것이 좋습니다.

Wikipedia는 아주 좋은 예를 가지고 있으며 여기서 다시 설명하겠습니다.

 int i, a[100];
  i = 0;
  while (i < 100) {
    a[i] = 0;
    i++;
  }

컴파일러에 의해 다음으로 변환됩니다.

  int i, a[100];
  i = 0;
  if (i < 100) {
    do {
      a[i] = 0;
      i++;
    } while (i < 100);
  }

이것이 성능으로 어떻게 변환됩니까? i의 값이 99이면 프로세서는 GOTO를 수행 할 필요가 없습니다 (첫 번째 경우에 필요함). 이것은 성능을 향상시킵니다.

루프 반전 기술이란 무엇입니까?

중요 사항

while버전 :

do-while버전 :

`while`버전 :

`do-while`버전 :