Survey on Instruction Selection: An Extensive and Modern Literature Review

Instruction selection is one of three optimisation problems involved in the code generator backend of a compiler. The instruction selector is responsible of transforming an input program from its target-independent representation into a target-specific form by making best use of the available machine instructions. Hence instruction selection is a crucial part of efficient code generation. Despite on-going research since the late 1960s, the last, comprehensive survey on the field was written more than 30 years ago. As new approaches and techniques have appeared since its publication, this brings forth a need for a new, up-to-date review of the current body of literature. This report addresses that need by performing an extensive review and categorisation of existing research. The report therefore supersedes and extends the previous surveys, and also attempts to identify where future research should be directed.Comment: Major changes: - Merged simulation chapter with macro expansion chapter - Addressed misunderstandings of several approaches - Completely rewrote many parts of the chapters; strengthened the discussion of many approaches - Revised the drawing of all trees and graphs to put the root at the top instead of at the bottom - Added appendix for listing the approaches in a table See doc for more inf

Functional programming, program transformations and compiler construction

Dit proefschrift handelt over het ontwerp van de compilergenerator Elegant. Een compiler generator is een computer programma dat vanuit een speci??catie een compiler kan genereren. Een compiler is een computer programma dat een gestructureerde invoertekst kan vertalen in een uitvoertekst. Een compiler generator is zelf een compiler welke de speci??catie vertaalt in de programmatekst van de gegenereerde compiler. Dit heeft het mogelijk gemaakt om Elegant met zichzelf te genereren. Van een compilergenerator wordt verlangd dat deze een krachtig speci??catie formalisme vertaalt in een eÆci??ent programma, een eis waar Elegant aan voldoet. Een compiler bestaat uit een aantal onderdelen, te weten een scanner, een parser, een attribuutevaluator, een optimalisator en een codegenerator. Deze onderdelen kunnen door het Elegant systeem geneneerd worden, ieder uit een aparte speci??catie, met uitzondering van de parser en attribuutevaluator, welke gezamenlijk worden beschreven in de vorm van een zogenaamde attribuutgrammatica. De scanner wordt gegenereerd met behulp van een scannergenerator en heeft tot taak de invoertekst te splitsen in een rij symbolen. Deze rij symbolen kan vervolgens ontleed worden door een parser. Daarna berekent de attribuutevaluator eigenschappen van de invoertekst in de vorm van zogenaamde attributen. De attributenwaarden vormen een datastructuur. De vorm van deze datastructuur wordt gede??nieerd met behulp van typeringsregels in de Elegant programmeertaal. De optimalisator en codegenerator voeren operaties op deze datastructuur uit welke eveneens beschreven worden in de Elegant programmeertaal. Dit proefschrift beschrijft de invloed die functionele programmeertalen hebben gehad op het ontwerp van Elegant. Functionele talen zijn programmeertalen met als belangrijkste eigenschap dat functies een centrale rol vervullen. Functies kunnen worden samengesteld tot nieuwe functies, ze kunnen worden doorgegeven aan functies en worden opgeleverd als functieresultaat. Daarnaast staan functionele talen niet toe dat de waarde van een variable wordt gewijzigd, het zogenaamde nevene??ect, in tegenstelling tot imperatieve talen die zo'n nevene??ect wel toestaan. Deze laatste beperking maakt het mogelijk om met behulp van algebra??ische regels een functioneel programma te herschrijven in een ander functioneel programma met dezelfde betekenis. Dit herschrijfproces wordt ook wel progammatransformatie genoemd. De invloed van functionele talen op Elegant omvat: ?? Het beschrijven van ontleedalgorithmen als functionele programma's. Traditioneel worden ontleedalgorithmen beschreven met behulp van de theorie van stapelautomaten. In hoofdstuk 3 wordt aangetoond dat deze theorie niet nodig is. Met behulp van programmatransformaties zijn vele uit de literauur bekende ontleedalgorithmen af te leiden en worden ook nieuwe ontleedalgorithmen gevonden. Deze aanpak maakt het bovendien mogelijk om de vele verschillende ontleedalgorithmen met elkaar te combineren. ?? De evaluatie van attributen volgens de regels van een attribuutgrammatica blijkt eveneens goed te kunnen worden beschreven met behulp van functionele talen. Traditioneel bouwt een ontleedalgorithme tijdens het ontleden een zogenaamde ontleedboom op. Deze ontleedboom beschrijft de structuur van de invoertekst. Daarna wordt deze ontleedboom geanalyseerd en worden eigenschappen ervan in de vorm van attributen berekend. In hoofdstuk 4 van het proefschrift wordt aangetoond dat het niet nodig is de ontleedboom te construeren. In plaats daarvan is het mogelijk om tijdens het ontleden functies die attributen kunnen berekenen samen te stellen tot nieuwe functies. Uiteindelijk wordt er zo ??e??en functie geconstrueerd voor een gehele invoertekst. Deze functie wordt vervolgens gebruikt om de attribuutwaarden te berekenen. Voor de uitvoering van deze functie is het noodzakelijk gebruik te maken van zogenaamde "luie evaluatie". Dit is een mechanisme dat attribuutwaarden slechts dan berekent wanneer deze werkelijk noodzakelijk zijn. Dit verklaart de naam Elegant, welke een acroniem is voor "Exploiting Lazy Evaluation for the Grammar Attributes of Non- Terminals". ?? Scanners worden traditioneel gespeci??ceerd met behulp van zogenaamde reguliere expressies. Deze reguliere expressies kunnen worden afgebeeld op een eindige automaat. Met behulp van deze automaat kan de invoertekst worden geanalyseerd en gesplitst in symbolen. In hoofdstuk 5 wordt uiteengezet hoe functionele talen het mogelijk maken om scanneralgorithmen te construeren zonder gebruik te maken van automatentheorie. Door een reguliere expressie af te beelden op een functie en de functies voor de onderdelen van samengestelde reguliere expressies samen te stellen tot nieuwe functies kan een scannerfunctie geconstrueerd worden. Door gebruik te maken van programmatransformaties kan deze scanner deterministisch worden gemaakt en minimaal worden gehouden. ?? Het typeringssysteem van Elegant wordt beschreven in hoodstuk 6 en vormt een combinatie van systemen die in functionele en imperatieve talen worden gevonden. Functionele typeringssystemen omvatten typen welke bestaan uit een aantal varianten. Elk van deze varianten bestaat uit een aantal waarden. Bij een dergelijk typeringssysteem wordt een functie gede??ni??eerd door middel van een aantal deeelfuncties. Elke deelfunctie kan met behulp van zogenaamde patronen beschrijven voor welke van de varianten hij gede??ni??eerd is. Het blijkt dat imperatieve typesystemen welke subtypering mogelijk maken een generalisatie zijn van functionele typesystemen. In deze generalisatie kan een patroon worden opgevat als een subtype en een deelfunctie als een parti??ele functie. Het Elegant typesystemen maakt deze vorm van typering en functiebeschrijving mogelijk. Bij toepassing van een functie wordt de bijbehorende deelfunctie geselecteerd door de patronen te passen met de waarden van de actuele functieargumenten. In dit proefschrift wordt een eÆci??ent algorithme voor dit patroonpassen met behulp van programmatransformaties afgeleid uit de de??nitie van patronen. Het Elegant typeringssystemen bevat ook typen voor de modellering van luie evaluatie. De aanwezigheid van nevene??ekten maakt het mogelijk om drie verschillende luie typen te onderscheiden, welke verschillen in de wijze waarop de waarde van een lui object stabiliseert. ?? In hoofdstuk 7 wordt aangetoond dat de regels uit een attribuutgrammatica ook kunnen worden gebruikt om eigenschappen van een datastructuur te berekenen in plaats van eigenschappen van een invoertekst. Elegant biedt de mogelijkheid om zulke attribuutregels te gebruiken voor dit doel. ?? In hoofdstuk 8 tenslotte worden de Elegant programmeertaal en de eÆci??entie van de Elegant vertaler en door Elegant gegenereerde vertalers ge??evalueerd. Het blijkt dat de imperatieve Elegant programmeertaal dankzij abstractie mechanismen uit functionele talen een zeer rijke en krachtige taal is. Daarnaast zijn zowel Elegant zelf als de door Elegant gegenereerde vertalers van hoge eÆci??entie en blijken geschikt voor het maken van compilers voor professionele toepassingen

Code generation using a backtracking LR parser

Although the parsing phase of the modern compiler has been automated in a machine independent fashion, the diversity of computer architectures inhibits automating the code generation phase. During code generation, some intermediate representation of a source program is transformed into actual machine instructions. The need for portable compilers has driven research towards the automatic generation of code generators.;This research investigates the use of a backtracking LR parser that treats code generation as a series of tree transformations

On Language Processors and Software Maintenance

This work investigates declarative transformation tools in the context of software maintenance. Besides maintenance of the language specification, evolution of a software language requires the adaptation of the software written in that language as well as the adaptation of the software that transforms software written in the evolving language. This co-evolution is studied to derive automatic adaptations of artefacts from adaptations of the language specification. Furthermore, AOP for Prolog is introduced to improve maintainability of language specifications and derived tools.Die Arbeit unterstützt deklarative Transformationswerkzeuge im Kontext der Softwarewartung. Neben der Wartung der Sprachbeschreibung erfordert die Evolution einer Sprache sowohl die Anpassung der Software, die in dieser Sprache geschrieben ist als auch die Anpassung der Software, die diese Software transformiert. Diese Koevolution wird untersucht, um automatische Anpassungen von Artefakten von Anpassungen der Sprachbeschreibungen abzuleiten. Weiterhin wird AOP für Prolog eingeführt, um die Wartbarkeit von Sprachbeschreibungen und den daraus abgeleiteten Werkzeugen zu erhöhen

Maude: specification and programming in rewriting logic

Maude is a high-level language and a high-performance system supporting executable specification and declarative programming in rewriting logic. Since rewriting logic contains equational logic, Maude also supports equational specification and programming in its sublanguage of functional modules and theories. The underlying equational logic chosen for Maude is membership equational logic, that has sorts, subsorts, operator overloading, and partiality definable by membership and equality conditions. Rewriting logic is reflective, in the sense of being able to express its own metalevel at the object level. Reflection is systematically exploited in Maude endowing the language with powerful metaprogramming capabilities, including both user-definable module operations and declarative strategies to guide the deduction process. This paper explains and illustrates with examples the main concepts of Maude's language design, including its underlying logic, functional, system and object-oriented modules, as well as parameterized modules, theories, and views. We also explain how Maude supports reflection, metaprogramming and internal strategies. The paper outlines the principles underlying the Maude system implementation, including its semicompilation techniques. We conclude with some remarks about applications, work on a formal environment for Maude, and a mobile language extension of Maude