項(xiàng)目簡介

項(xiàng)目名稱

畢昇Fortran編譯器內(nèi)聯(lián)動態(tài)庫函數(shù)str_copy

項(xiàng)目描述

畢昇Fortran編譯器是一款基于classic flang的高性能Fortran編譯器，支持Fortran編程語言的編譯和運(yùn)行，提供強(qiáng)大的數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理能力，在科學(xué)計算領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。f90_str_copy_klen是一個實(shí)現(xiàn)字符串拷貝功能的動態(tài)庫函數(shù)，本項(xiàng)目是對該動態(tài)庫函數(shù)進(jìn)行內(nèi)聯(lián)，預(yù)期提高編譯器字符串拷貝的性能。

項(xiàng)目導(dǎo)師

peixin-qiao

項(xiàng)目開發(fā)者

王哲葳，華東師范大學(xué)碩士在讀

項(xiàng)目鏈接

https://summer-ospp.ac.cn/#/org/prodetail/22b970386

開發(fā)詳情

方案描述

Flang編譯器主要由flang1和flang2兩個組件組成，其中flang1用于解析Fortran代碼并生成中間表示，然后通過flang2生成LLVM IR并輸出。本項(xiàng)目的主要任務(wù)就是在flang2中對解析出的“f90_str_copy_klen”函數(shù)進(jìn)行內(nèi)聯(lián)優(yōu)化。這個項(xiàng)目的方案分為如下幾步：

01

flang2會獲得通過Fortran生成的IR指令列表，遍歷該列表，尋找到函數(shù)調(diào)用指令“I_CALL”。

02

通過“I_CALL”指令的位置查詢所調(diào)用的是否為需要被內(nèi)聯(lián)的函數(shù)，如本項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)的“f90_str_copy_klen”函數(shù)的內(nèi)聯(lián)。在確認(rèn)需要內(nèi)聯(lián)的函數(shù)后開始生成相應(yīng)的指令，“f90_str_copy_klen”函數(shù)的內(nèi)聯(lián)指令生成過程如下：

1. 將復(fù)制后得到的字符串稱為目標(biāo)字符串，待復(fù)制的字符串稱為輸入字符串。首先需要從原先的指令中獲得輸入字符串并開辟一系列內(nèi)存空間用于記錄目標(biāo)字符串、輸入字符串的起始地址、字符串索引及字符串長度。

2. 對每一個輸入字符串，從頭開始遍歷。分別判斷當(dāng)前目標(biāo)字符串、輸入字符串的索引是否小于其長度，如果均符合則將輸入字符串中對應(yīng)索引的字符復(fù)制到目標(biāo)字符串的相應(yīng)地址中。如果輸入字符串索引大于等于其長度則處理下一個輸入字符串。如果目標(biāo)字符串索引大于等于其長度則停止字符串的復(fù)制。

3. 按照2所述流程依次遍歷函數(shù)中的輸入字符串，直至所有字符串都完成復(fù)制。

4. 目標(biāo)字符串索引是否仍小于其長度，若是，則將目標(biāo)字符串中剩余未被賦值的字符用空格進(jìn)行補(bǔ)充。

5. 將實(shí)現(xiàn)上述功能的指令替換掉對應(yīng)的“I_CALL”指令。

03

繼續(xù)flang2中的流程以生成對應(yīng)的LLVM IR 文件。

項(xiàng)目產(chǎn)出

實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目方案中所需的功能。

分別用一個字符串、三個字符串作為輸入字符串，完成了共十種輸入字符串各種長度情況下”f90_str_copy_klen”函數(shù)內(nèi)聯(lián)的的功能性測試，在這些輸入字符串中也包含了一些ASCII碼小于32（ASCII碼為32表示空格）的特殊字符。十種情況如下：

• a=b

1. len(a) < len(b)
2. len(a) = len(b)
3. len(a) > len(b)

• a = b // c // d

1. len(a) < len(b)
2. len(a) = len(b)
3. len(b) < len(a) < len(b) + len(c)
4. len(a) = len(b) + len(c)
5. len(b) + len(c) < len(a) < len(b) + len(c) + len(d)
6. len(a) = len(b) + len(c) + len(d)
7. len(a) > len(b) + len(c) + len(d)

將“f90_str_copy_klen”在函數(shù)中調(diào)用一億次，對內(nèi)聯(lián)前后所花費(fèi)的時間做對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示沒有內(nèi)聯(lián)時運(yùn)行花費(fèi)的時間約為10秒，內(nèi)聯(lián)后運(yùn)行花費(fèi)的時間約為0.7秒。

• 測試代碼如下：
  主函數(shù)：main.f90

  programmain
  integer::i
  character(20)::a,b,c,d
  a="aaaaaaaaaaaaaaa"
  b="aaaaaaaaaaaaaaa"
  c="aaaaaaaaaaaaaaa"
  doi=1,100000000
  calltest(a,b,c,d,20)
  enddo
  end
  

  字符串拼接拷貝函數(shù)：test.f90

  subroutinetest(a,b,c,d,n)
  integer::n
  character(n)::a,b,c,d
  d=a//b//c
  endsubroutine
  

• 測試方法如下：
  未優(yōu)化前：

  $flangmain.f90-c
  $flangtest.f90-O3-c
  $flangmain.otest.o-oa.out
  $time./a.out
  

  real0m10.190s
  user0m10.180s
  sys0m0.004s

  優(yōu)化之后（編譯選項(xiàng)-Mx,218,0x1使能該優(yōu)化功能）：

  $flangmain.f90-c
  $flangtest.f90-O3–c–Mx,218,0x1
  $flangmain.otest.o-oa.out
  $time./a.out
  

  real0m0.706s
  user0m0.702s
  sys0m0.004s

審核編輯 ：李倩