Por que Julia não otimiza esse código quando C ++ (LLVM) pode?

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Ao usar um compilador C ++ com LLVM versão 6.0.0, o código a seguir

bool isEven(int n) {
    bool ret = true;
    for (int i = 0; i < n; i ++) {
        ret = !ret;
    }
    return ret;
}

emite o IR LLVM 

define zeroext i1 @_Z6isEveni(i32) local_unnamed_addr #0 !dbg !7 {
  call void @llvm.dbg.value(metadata i32 %0, metadata !14, metadata !DIExpression()), !dbg !18
  call void @llvm.dbg.value(metadata i8 1, metadata !15, metadata !DIExpression()), !dbg !19
  call void @llvm.dbg.value(metadata i32 0, metadata !16, metadata !DIExpression()), !dbg !20
  %2 = icmp slt i32 %0, 1, !dbg !21
  %3 = and i32 %0, 1, !dbg !23
  %4 = icmp eq i32 %3, 0, !dbg !23
  %5 = or i1 %4, %2, !dbg !23
  ret i1 %5, !dbg !24
}

declare void @llvm.dbg.value(metadata, metadata, metadata) #1

attributes #0 = { nounwind readnone uwtable "correctly-rounded-divide-sqrt-fp-math"="false" "disable-tail-calls"="false" "less-precise-fpmad"="false" "no-frame-pointer-elim"="false" "no-infs-fp-math"="false" "no-jump-tables"="false" "no-nans-fp-math"="false" "no-signed-zeros-fp-math"="false" "no-trapping-math"="false" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="x86-64" "target-features"="+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+x87" "unsafe-fp-math"="false" "use-soft-float"="false" }
attributes #1 = { nounwind readnone speculatable }

Veja: https://godbolt.org/z/oPBFey

Isso é funcionalmente equivalente à seguinte implementação:

julia> isEven(n::Int) = rem(n, 2) != 0
isEven (generic function with 1 method)

julia> @code_llvm debuginfo=:none isEven(7)

define i8 @julia_isEven_18796(i64) {
top:
  %1 = trunc i64 %0 to i8
  %2 = and i8 %1, 1
  %3 = xor i8 %2, 1
  ret i8 %3
}

julia>

No entanto, a implementação original do C ++ portada para Julia resulta em um IR LLVM muito diferente:

julia> function isEven(n::Int)
           out = true
           for i in 0:n-1
               out = !out
           end
           return out
       end
isEven (generic function with 1 method)

julia> @code_llvm debuginfo=:none isEven(7)

define i8 @julia_isEven_18793(i64) {
top:
  %1 = add i64 %0, -1
  %2 = icmp sgt i64 %1, -1
  br i1 %2, label %L8.L12_crit_edge, label %L25

L8.L12_crit_edge:                                 ; preds = %top
  %min.iters.check = icmp ult i64 %0, 128
  br i1 %min.iters.check, label %scalar.ph, label %vector.ph

vector.ph:                                        ; preds = %L8.L12_crit_edge
  %n.vec = and i64 %0, -128
  br label %vector.body

vector.body:                                      ; preds = %vector.body, %vector.ph
  %index = phi i64 [ 0, %vector.ph ], [ %index.next, %vector.body ]
  %vec.phi = phi <32 x i8> [ <i8 1, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0, i8 0>, %vector.ph ], [ %3, %vector.body ]
  %vec.phi8 = phi <32 x i8> [ zeroinitializer, %vector.ph ], [ %4, %vector.body ]
  %vec.phi9 = phi <32 x i8> [ zeroinitializer, %vector.ph ], [ %5, %vector.body ]
  %vec.phi10 = phi <32 x i8> [ zeroinitializer, %vector.ph ], [ %6, %vector.body ]
  %3 = xor <32 x i8> %vec.phi, <i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1>
  %4 = xor <32 x i8> %vec.phi8, <i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1>
  %5 = xor <32 x i8> %vec.phi9, <i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1>
  %6 = xor <32 x i8> %vec.phi10, <i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1, i8 1>
  %index.next = add i64 %index, 128
  %7 = icmp eq i64 %index.next, %n.vec
  br i1 %7, label %middle.block, label %vector.body

middle.block:                                     ; preds = %vector.body
  %bin.rdx = xor <32 x i8> %vec.phi8, %vec.phi
  %bin.rdx14 = xor <32 x i8> %5, %bin.rdx
  %bin.rdx15 = xor <32 x i8> %6, %bin.rdx14
  %rdx.shuf = shufflevector <32 x i8> %bin.rdx15, <32 x i8> undef, <32 x i32> <i32 16, i32 17, i32 18, i32 19, i32 20, i32 21, i32 22, i32 23, i32 24, i32 25, i32 26, i32 27, i32 28, i32 29, i32 30, i32 31, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
  %bin.rdx16 = xor <32 x i8> %bin.rdx15, %rdx.shuf
  %rdx.shuf17 = shufflevector <32 x i8> %bin.rdx16, <32 x i8> undef, <32 x i32> <i32 8, i32 9, i32 10, i32 11, i32 12, i32 13, i32 14, i32 15, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
  %bin.rdx18 = xor <32 x i8> %bin.rdx16, %rdx.shuf17
  %rdx.shuf19 = shufflevector <32 x i8> %bin.rdx18, <32 x i8> undef, <32 x i32> <i32 4, i32 5, i32 6, i32 7, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
  %bin.rdx20 = xor <32 x i8> %bin.rdx18, %rdx.shuf19
  %rdx.shuf21 = shufflevector <32 x i8> %bin.rdx20, <32 x i8> undef, <32 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
  %bin.rdx22 = xor <32 x i8> %bin.rdx20, %rdx.shuf21
  %rdx.shuf23 = shufflevector <32 x i8> %bin.rdx22, <32 x i8> undef, <32 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
  %bin.rdx24 = xor <32 x i8> %bin.rdx22, %rdx.shuf23
  %8 = extractelement <32 x i8> %bin.rdx24, i32 0
  %cmp.n = icmp eq i64 %n.vec, %0
  br i1 %cmp.n, label %L25, label %scalar.ph

scalar.ph:                                        ; preds = %middle.block, %L8.L12_crit_edge
  %bc.resume.val = phi i64 [ %n.vec, %middle.block ], [ 0, %L8.L12_crit_edge ]
  %bc.merge.rdx = phi i8 [ %8, %middle.block ], [ 1, %L8.L12_crit_edge ]
  br label %L12

L12:                                              ; preds = %L12, %scalar.ph
  %value_phi2 = phi i8 [ %bc.merge.rdx, %scalar.ph ], [ %9, %L12 ]
  %value_phi3 = phi i64 [ %bc.resume.val, %scalar.ph ], [ %11, %L12 ]
  %9 = xor i8 %value_phi2, 1
  %10 = icmp eq i64 %value_phi3, %1
  %11 = add i64 %value_phi3, 1
  br i1 %10, label %L25, label %L12

L25:                                              ; preds = %L12, %middle.block, %top
  %value_phi6 = phi i8 [ 1, %top ], [ %9, %L12 ], [ %8, %middle.block ]
  ret i8 %value_phi6
}


julia> versioninfo()
Julia Version 1.3.1
Commit 2d5741174c (2019-12-30 21:36 UTC)
Platform Info:
  OS: macOS (x86_64-apple-darwin18.6.0)
  CPU: Intel(R) Core(TM) i7-7920HQ CPU @ 3.10GHz
  WORD_SIZE: 64
  LIBM: libopenlibm
  LLVM: libLLVM-6.0.1 (ORCJIT, skylake)

julia>

Alguém pode explicar por que Julia não é capaz de produzir o mesmo IR que um compilador C ++ para essencialmente o mesmo código com quase a mesma versão do LLVM?

julia  llvm-ir 
— kdheepak
fonte
2
Eu acho que discourse.julialang.org pode ser um lugar melhor para fazer essa pergunta.
— crstnbr 28/02
Portanto, parece que não há problema com o código Julia. Eu o
— publiquei

Respostas:

2

A resposta curta é: Julia e C ++ são uma linguagem diferente, com diferentes semânticas e diferentes compiladores.

A semântica diferente significa que diferentes otimizações no jurídico. Demoraria um pouco para ver se era legal em C ++, mas ilegal em Julia. Eu ficaria surpreso se fosse.

Os diferentes compiladores significam que os compiladores fazem coisas diferentes. Os compiladores C ++ tiveram décadas e provavelmente centenas de milhões de dólares em tempo de desenvolvedor investidos neles (mesmo que muito tenha sido doado por voluntários de código aberto); mesmo um compilador mais novo como Clang ainda é capaz de desenvolver diretamente décadas de idéias comprovadas de compiladores mais antigos como o GCC.

O compilador Julia foi iniciado pela primeira vez em 2012. Menos horas foram necessárias. Na verdade, eu não acho que ele realmente tinha o seu próprio otimizador em tudo até v0.6, que era 2017. LLVM não tem um otimizador, que tanto uso Julia e Clang. Mas eles o usam de maneira diferente, têm diferentes passes ativados e fornecem informações diferentes (por causa de diferentes semânticas). Além disso, você está vendo o código antes da execução do LLVM. (pode ser que você queira dar uma olhada no conjunto de instruções). As versões do LLVM sendo as mesmas entre as duas são importantes apenas para quais instruções existem - não para quais otimizações o LLVM faz, pois você está vendo o código antes que ele seja executado.

— Lyndon White
fonte
Obrigado pela resposta! Fiquei com a impressão de que o IR LLVM gerado por Julia estava depois de fazer um "passe". Mas você está certo, isso não faz a otimização e eu realmente deveria estar olhando o código da máquina.
— kdheepak 5/03
Não posso descartar que este IR LLVM teve 1 ou mais passagens feitas sobre ele. Seria necessário obter alguém que tenha se aprofundado nessa parte do compilador para analisá-lo. (e essa é uma parte que eu nunca procurei. Acho que estará nos arquivos codegen. mas não tenho 100% de certeza.)
— Lyndon White
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