[Optimize]对PreRA指令调度进行优化

src/backend/RISCv64/Optimize/PreRA_Scheduler.cpp

@@ -1,8 +1,8 @@
 #include "PreRA_Scheduler.h"
 #include "RISCv64LLIR.h"
 #include <algorithm>
-#include <map>
+#include <unordered_map>
-#include <set>
+#include <unordered_set>
 #include <vector>
 
 #define MAX_SCHEDULING_BLOCK_SIZE 1000 // 严格限制调度块大小
@@ -66,9 +66,44 @@ static bool hasMemoryAccess(MachineInstr *instr) {
   return isLoadInstr(instr) || isStoreInstr(instr);
 }
 
-// 获取指令定义的虚拟寄存器
+// 获取内存访问位置信息
-static std::set<unsigned> getDefinedVirtualRegisters(MachineInstr *instr) {
+struct MemoryLocation {
-  std::set<unsigned> defined_regs;
+  unsigned base_reg;
+  int64_t offset;
+  bool is_valid;
+
+  MemoryLocation() : base_reg(0), offset(0), is_valid(false) {}
+  MemoryLocation(unsigned base, int64_t off)
+      : base_reg(base), offset(off), is_valid(true) {}
+
+  bool operator==(const MemoryLocation &other) const {
+    return is_valid && other.is_valid && base_reg == other.base_reg &&
+           offset == other.offset;
+  }
+};
+
+// 缓存指令分析信息
+struct InstrInfo {
+  std::unordered_set<unsigned> defined_regs;
+  std::unordered_set<unsigned> used_regs;
+  MemoryLocation mem_location;
+  bool is_load;
+  bool is_store;
+  bool is_terminator;
+  bool is_call;
+  bool has_side_effect;
+  bool has_memory_access;
+  
+  InstrInfo() : is_load(false), is_store(false), is_terminator(false), 
+                is_call(false), has_side_effect(false), has_memory_access(false) {}
+};
+
+// 指令信息缓存
+static std::unordered_map<MachineInstr*, InstrInfo> instr_info_cache;
+
+// 获取指令定义的虚拟寄存器 - 优化版本
+static std::unordered_set<unsigned> getDefinedVirtualRegisters(MachineInstr *instr) {
+  std::unordered_set<unsigned> defined_regs;
   RVOpcodes opcode = instr->getOpcode();
 
   // CALL指令可能定义返回值寄存器
@@ -101,9 +136,9 @@ static std::set<unsigned> getDefinedVirtualRegisters(MachineInstr *instr) {
   return defined_regs;
 }
 
-// 获取指令使用的虚拟寄存器
+// 获取指令使用的虚拟寄存器 - 优化版本
-static std::set<unsigned> getUsedVirtualRegisters(MachineInstr *instr) {
+static std::unordered_set<unsigned> getUsedVirtualRegisters(MachineInstr *instr) {
-  std::set<unsigned> used_regs;
+  std::unordered_set<unsigned> used_regs;
   RVOpcodes opcode = instr->getOpcode();
 
   // CALL指令：跳过第一个操作数（返回值），其余为参数
@@ -164,22 +199,6 @@ static std::set<unsigned> getUsedVirtualRegisters(MachineInstr *instr) {
   return used_regs;
 }
 
-// 获取内存访问位置信息
-struct MemoryLocation {
-  unsigned base_reg;
-  int64_t offset;
-  bool is_valid;
-
-  MemoryLocation() : base_reg(0), offset(0), is_valid(false) {}
-  MemoryLocation(unsigned base, int64_t off)
-      : base_reg(base), offset(off), is_valid(true) {}
-
-  bool operator==(const MemoryLocation &other) const {
-    return is_valid && other.is_valid && base_reg == other.base_reg &&
-           offset == other.offset;
-  }
-};
-
 // 获取内存访问位置
 static MemoryLocation getMemoryLocation(MachineInstr *instr) {
   if (!isLoadInstr(instr) && !isStoreInstr(instr)) {
@@ -199,6 +218,27 @@ static MemoryLocation getMemoryLocation(MachineInstr *instr) {
   return MemoryLocation();
 }
 
+// 预计算并缓存指令信息
+static const InstrInfo& getInstrInfo(MachineInstr *instr) {
+  auto it = instr_info_cache.find(instr);
+  if (it != instr_info_cache.end()) {
+    return it->second;
+  }
+  
+  InstrInfo& info = instr_info_cache[instr];
+  info.defined_regs = getDefinedVirtualRegisters(instr);
+  info.used_regs = getUsedVirtualRegisters(instr);
+  info.mem_location = getMemoryLocation(instr);
+  info.is_load = isLoadInstr(instr);
+  info.is_store = isStoreInstr(instr);
+  info.is_terminator = isTerminatorInstr(instr);
+  info.is_call = isCallInstr(instr);
+  info.has_side_effect = hasSideEffect(instr);
+  info.has_memory_access = hasMemoryAccess(instr);
+  
+  return info;
+}
+
 // 检查两个内存位置是否可能别名
 static bool mayAlias(const MemoryLocation &loc1, const MemoryLocation &loc2) {
   if (!loc1.is_valid || !loc2.is_valid) {
@@ -214,30 +254,28 @@ static bool mayAlias(const MemoryLocation &loc1, const MemoryLocation &loc2) {
   return loc1.offset == loc2.offset;
 }
 
-// 检查两个指令之间是否存在数据依赖
+// 检查两个指令之间是否存在数据依赖 - 优化版本
 static bool hasDataDependency(MachineInstr *first, MachineInstr *second) {
-  auto defined_regs_first = getDefinedVirtualRegisters(first);
+  const InstrInfo& info_first = getInstrInfo(first);
-  auto used_regs_first = getUsedVirtualRegisters(first);
+  const InstrInfo& info_second = getInstrInfo(second);
-  auto defined_regs_second = getDefinedVirtualRegisters(second);
-  auto used_regs_second = getUsedVirtualRegisters(second);
 
   // RAW依赖: second读取first写入的寄存器
-  for (const auto &reg : defined_regs_first) {
+  for (const auto &reg : info_first.defined_regs) {
-    if (used_regs_second.count(reg)) {
+    if (info_second.used_regs.find(reg) != info_second.used_regs.end()) {
       return true;
     }
   }
 
   // WAR依赖: second写入first读取的寄存器
-  for (const auto &reg : used_regs_first) {
+  for (const auto &reg : info_first.used_regs) {
-    if (defined_regs_second.count(reg)) {
+    if (info_second.defined_regs.find(reg) != info_second.defined_regs.end()) {
       return true;
     }
   }
 
   // WAW依赖: 两个指令写入同一寄存器
-  for (const auto &reg : defined_regs_first) {
+  for (const auto &reg : info_first.defined_regs) {
-    if (defined_regs_second.count(reg)) {
+    if (info_second.defined_regs.find(reg) != info_second.defined_regs.end()) {
       return true;
     }
   }
@@ -245,40 +283,41 @@ static bool hasDataDependency(MachineInstr *first, MachineInstr *second) {
   return false;
 }
 
-// 检查两个指令之间是否存在内存依赖
+// 检查两个指令之间是否存在内存依赖 - 优化版本
 static bool hasMemoryDependency(MachineInstr *first, MachineInstr *second) {
-  bool first_accesses_memory = isLoadInstr(first) || isStoreInstr(first);
+  const InstrInfo& info_first = getInstrInfo(first);
-  bool second_accesses_memory = isLoadInstr(second) || isStoreInstr(second);
+  const InstrInfo& info_second = getInstrInfo(second);
 
-  if (!first_accesses_memory || !second_accesses_memory) {
+  if (!info_first.has_memory_access || !info_second.has_memory_access) {
     return false;
   }
 
   // 如果至少有一个是存储指令，需要检查别名
-  if (isStoreInstr(first) || isStoreInstr(second)) {
+  if (info_first.is_store || info_second.is_store) {
-    MemoryLocation loc1 = getMemoryLocation(first);
+    return mayAlias(info_first.mem_location, info_second.mem_location);
-    MemoryLocation loc2 = getMemoryLocation(second);
-    return mayAlias(loc1, loc2);
   }
 
   return false; // 两个加载指令之间没有依赖
 }
 
-// 检查两个指令之间是否存在控制依赖
+// 检查两个指令之间是否存在控制依赖 - 优化版本
 static bool hasControlDependency(MachineInstr *first, MachineInstr *second) {
+  const InstrInfo& info_first = getInstrInfo(first);
+  const InstrInfo& info_second = getInstrInfo(second);
+
   // 终结指令与任何其他指令都有控制依赖
-  if (isTerminatorInstr(first)) {
+  if (info_first.is_terminator) {
     return true; // first是终结指令，second不能移动到first之前
   }
 
-  if (isTerminatorInstr(second)) {
+  if (info_second.is_terminator) {
     return false; // second是终结指令，可以保持在后面
   }
 
   // CALL指令具有控制副作用，但可以参与有限的调度
-  if (isCallInstr(first) || isCallInstr(second)) {
+  if (info_first.is_call || info_second.is_call) {
     // CALL指令之间保持顺序
-    if (isCallInstr(first) && isCallInstr(second)) {
+    if (info_first.is_call && info_second.is_call) {
       return true;
     }
     // 其他情况允许调度（通过数据依赖控制）
@@ -287,7 +326,7 @@ static bool hasControlDependency(MachineInstr *first, MachineInstr *second) {
   return false;
 }
 
-// 综合检查两个指令是否可以交换
+// 综合检查两个指令是否可以交换 - 优化版本
 static bool canSwapInstructions(MachineInstr *first, MachineInstr *second) {
   // 检查所有类型的依赖
   if (hasDataDependency(first, second) || hasDataDependency(second, first)) {
@@ -306,15 +345,17 @@ static bool canSwapInstructions(MachineInstr *first, MachineInstr *second) {
   return true;
 }
 
-// 找到基本块中的调度边界
+// 找到基本块中的调度边界 - 优化版本
 static std::vector<size_t>
 findSchedulingBoundaries(const std::vector<MachineInstr *> &instrs) {
   std::vector<size_t> boundaries;
+  boundaries.reserve(instrs.size() / 10); // 预估边界数量
   boundaries.push_back(0); // 起始边界
 
   for (size_t i = 0; i < instrs.size(); i++) {
+    const InstrInfo& info = getInstrInfo(instrs[i]);
     // 终结指令前后都是边界
-    if (isTerminatorInstr(instrs[i])) {
+    if (info.is_terminator) {
       if (i > 0)
         boundaries.push_back(i);
       if (i + 1 < instrs.size())
@@ -333,7 +374,7 @@ findSchedulingBoundaries(const std::vector<MachineInstr *> &instrs) {
   return boundaries;
 }
 
-// 在单个调度区域内进行指令调度
+// 在单个调度区域内进行指令调度 - 优化版本
 static void scheduleRegion(std::vector<MachineInstr *> &instrs, size_t start,
                            size_t end) {
   if (end - start <= 1) {
@@ -347,7 +388,8 @@ static void scheduleRegion(std::vector<MachineInstr *> &instrs, size_t start,
 
   // 简单的调度算法：只尝试将加载指令尽可能前移
   for (size_t i = start + 1; i < end; i++) {
-    if (isLoadInstr(instrs[i])) {
+    const InstrInfo& info = getInstrInfo(instrs[i]);
+    if (info.is_load) {
       // 尝试将加载指令向前移动
       for (size_t j = i; j > start; j--) {
         // 检查是否可以与前一条指令交换
@@ -369,12 +411,21 @@ static void scheduleBlock(MachineBasicBlock *mbb) {
     return;
   }
 
+  // 清理缓存，避免无效指针
+  instr_info_cache.clear();
+
   // 构建指令列表
   std::vector<MachineInstr *> instr_list;
+  instr_list.reserve(instructions.size()); // 预分配容量
   for (auto &instr : instructions) {
     instr_list.push_back(instr.get());
   }
 
+  // 预计算所有指令信息
+  for (auto* instr : instr_list) {
+    getInstrInfo(instr);
+  }
+
   // 找到调度边界
   std::vector<size_t> boundaries = findSchedulingBoundaries(instr_list);
 
@@ -386,12 +437,14 @@ static void scheduleBlock(MachineBasicBlock *mbb) {
   }
 
   // 重建指令序列
-  std::map<MachineInstr *, std::unique_ptr<MachineInstr>> instr_map;
+  std::unordered_map<MachineInstr *, std::unique_ptr<MachineInstr>> instr_map;
+  instr_map.reserve(instructions.size()); // 预分配容量
   for (auto &instr : instructions) {
     instr_map[instr.get()] = std::move(instr);
   }
 
   instructions.clear();
+  instructions.reserve(instr_list.size()); // 预分配容量
   for (auto *instr : instr_list) {
     instructions.push_back(std::move(instr_map[instr]));
   }
@@ -405,6 +458,9 @@ void PreRA_Scheduler::runOnMachineFunction(MachineFunction *mfunc) {
   for (auto &mbb : mfunc->getBlocks()) {
     scheduleBlock(mbb.get());
   }
+  
+  // 清理全局缓存
+  instr_info_cache.clear();
 }
 
 } // namespace sysy