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MIR最適化パス

学習目標: Cmコンパイラに実装されている最適化パスを理解し、効率的なコードを生成する方法を学びます。
所要時間: 20分
難易度: 🟡 中級〜🔴 上級

概要

Cmコンパイラは中間表現（MIR）レベルで複数の最適化パスを実行し、効率的なコードを生成します。

最適化レベル

レベル オプション 説明
O0 -O0 最適化なし（デバッグ向け）
O1 -O1 基本最適化
O2 -O2 標準最適化（推奨）
O3 -O3 積極的最適化 
# 最適化レベル2でコンパイル
cm build -O2 main.cm

実装済み最適化パス

スカラー最適化

Constant Folding（定数畳み込み）

コンパイル時に定数式を評価します。

// 最適化前

// 最適化後（コンパイル時に計算済み）

アルゴリズム: 定数オペランドの演算を即座に評価

SCCP（Sparse Conditional Constant Propagation）

条件分岐を考慮した高度な定数伝播。

// 最適化前
    x = 20;
}

// 最適化後

アルゴリズム: Dataflow解析 + Work-listアルゴリズム

冗長性除去

DCE（Dead Code Elimination）

使用されないコードを除去します。

// 最適化前
return x;

アルゴリズム: 使用-定義チェーンの逆追跡

DSE（Dead Store Elimination）

上書きされる代入を除去します。

// 最適化前
x = 20;
return x;

GVN（Global Value Numbering）

共通部分式を検出して再利用します。

// 最適化前

// 最適化後

アルゴリズム: 式ハッシュによる等価性検出

ループ最適化

LICM（Loop Invariant Code Motion）

ループ内で変化しない計算をループ外に移動します。

// 最適化前
for (int i = 0; i < n; i++) {
    arr[i] = constant + i;
}

// 最適化後
for (int i = 0; i < n; i++) {
    arr[i] = constant + i;
}

アルゴリズム: ループ検出 + 支配木解析

制御フロー最適化

CFG Simplify（制御フロー簡約化）

関数間最適化

Inlining（インライン展開）

小規模な関数を呼び出し元に埋め込みます。

// 元の関数

// 呼び出し側

// インライン化後

制限:

Program DCE（プログラムレベルDCE）

未使用の関数やグローバル変数を削除します。

無限ループ防止機構

最適化パスが収束しない場合の安全機構：

機構 設定
最大反復回数 10回
最大パス実行数 200回
タイムアウト 30秒（パスあたり5秒）
循環検出 ハッシュベース（履歴8個）

使用アルゴリズム

アルゴリズム パス 説明
Work-list SCCP, DCE 収束計算
Dominator Tree LICM ループ検出
SSA Form 全般 静的単一代入形式
Expression Hashing GVN 式の等価性検出
Use-Def Chain DCE, DSE 使用-定義解析

デバッグ

最適化の動作を確認：

# 最適化デバッグ出力
cm build --debug-opt main.cm

# MIRダンプ
cm build --dump-mir main.cm

次のステップ

最終更新: 2026-02-08