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GCC を調べる - その 4 - RTL を眺める

RTL は (演算子 引数1 引数2 ...) という形で表記されます。Lisp の S 式に似ているんですかね？前回（2019年 6月 14日の日記参照）出力した RTL のうち 5番目の insn を例にとります。

(insn 6 5 7 2 (set (mem/c:SI (plus:SI (reg/f:SI 65 frame)
                (const_int -4 [0xfffffffffffffffc])) [1 a+0 S4 A32])
        (reg:SI 104)) "a.c":3 132 {*movsi_internal}
     (nil))

RTL はいくつも種類があり、code という番号で区別されています。RTL をファイルに出力する際は code は名前に変換され、開きカッコの後に書かれます。

先頭の RTL は (insn ... で始まっているので、code = insn の RTL で、その後 (set ... とあるので、code = set の RTL があるんだな、ということがわかります。上記の RTL に出てくる code は、insn, set, mem, plus, reg, const_int の 6種類です。

RTL を読んでみる

RTL は引数を取ります。先程の例に出てくる RTL の引数は下記のとおりです。

• insn : uuBeiie
• set : ee
• mem : e0
• plus : ee
• reg : r
• const_int: w

例えば set の ee であれば e という種類の引数を 2つ取る、という意味です。GCC では RTL の引数をこのように定義します。かなり意味不明だと思いますが、こういうものだと思うしかないです。

さらに e という種類の 引数は別の RTL を含んで OK なので、RTL は入れ子になります。先の例に出てきた RTL を分割してみます。

                     ____________________________________________________________________________________________________________________________________  ________  ______________________  _______
                    | e insn__________________________________________________________________________________________________________   ________________ | i insn  | i insn                | e insn
                    |      | e set      __________________________________________________________________________  _  _______________  | e set           |         |                       |
                    |      |           | e mem     ______________________  _______________________________________ |0 | mem additional  |                 |         |                       |
                    |      |           |          | e plus     _________  | e plus      _________________________  |  |                 |          ______ |         |                       |
         __  __  _  |      |           |          |           | r reg     |            | w const_int               |  |                 |         | r reg |         |                       |
        | u | u | B |      |           |          |           |           |            |                           |  |                 |         |       |         |                       |
(insn 6 | 5 | 7 | 2 | (set | (mem/c:SI | (plus:SI | (reg/f:SI | 65 frame) | (const_int | -4 [0xfffffffffffffffc])) |  | [1 a+0 S4 A32]) | (reg:SI | 104)) | "a.c":3 | 132 {*movsi_internal} | (nil))

途切れ目が非常にわかりにくいです。私も正直ぱっと見ではわかりません。特に引数 e は入れ子になっていて、ひたすら見づらいです。RTL の引数の正確な切れ目を知るには、print_rtx_operand_code_e() など、引数の print 関数を見るのが一番早いかもしれません。

RTL の引数の切れ目を見るには

RTL の出力をリアルタイムで見たいときは、gdb で print_rtl_with_bb() 辺りにブレークを掛けておいて、ステップ実行していくとわかりやすいです。

その際 printf 系の出力がバッファリングされると、print した文字列がなかなかファイルに出力されません。デバッグ時は print 文と、実際に出力されている文字列の対応が確認しづらいため、最初に setvbuf() を呼んでバッファリングを無効にしておいたほうが見やすいと思います。

/* Like dump_function_to_file, but for RTL.  Print out dataflow information
   for the start of each basic block.  FLAGS are the TDF_* masks documented
   in dumpfile.h.  */

void
print_rtl_with_bb (FILE *outf, const rtx_insn *rtx_first, dump_flags_t flags)
{
  const rtx_insn *tmp_rtx;

  setvbuf(outf, NULL, _IONBF, 0);  //★★この行を足した★★

  if (rtx_first == 0)
    fprintf (outf, "(nil)\n");
  else
    {
      enum bb_state { NOT_IN_BB, IN_ONE_BB, IN_MULTIPLE_BB };

  //...

あとは観察したい RTL ファイルを tail -f とかで追い続ければ良いでしょう。

やっつけ感が満載の GCC

RTL の名前と引数の情報を定義した rtl.def というファイルがあるのですが、これだけを見るといかにも整然としたルールに則っているように見えます。ですが実際は例外だらけで、コードを読んでいるとなかなか辛いものがあります……。

例えば、今回の例で行くと mem の最後に何か（[1 a+0 S4 A32] というやつ）出力されていますよね？rtl.def を見ると mem の引数の定義は "e0" なので、"0" の一部だろうと考えたくなりますが、残念ながら、この情報については rtl.def には一切記述がありません。これはひどい。

RTL を文字列として出力する print_rtx() 関数の実装を見ると、最後の方で MEM, CONST_DOUBLE, CONST_WIDE_INT, CONST_POLY_INT, CODE_LABEL だけ特別扱いして、特別に出力が追加されます。16進数だと見づらいし、とりあえず出しておこうという感じでしょうか……。

GCC を調べる - その 3 - RTL の出力

GCC の内部情報を出力してみます。GCC のバックエンドは GIMPLE と RTL (Register Transfer Language) があります。

ざっくり言って C 言語（など）→ GIMPLE → RTL → アセンブラの順に変換されます。GIMPLE の内容はまだよく知らないので説明できません……。今回は RTL を見ていこうと思います。

RTL を出力する方法

GCC で RTL を出力するには、コンパイル時に -fdump-rtl-all オプションを付けます。

$ riscv32-unknown-elf-gcc a.c -fdump-rtl-all

試しに下記のコードをコンパイルし、RTL を出力させると、

void main()
{
        int a = 1, b = 2, c;

        c = a + b;

        return c;
}

下記のような RTL が出力されます（GCC-8.3.0 での結果）。C 言語のファイル名が a.c だとすると、RTL は a.c.NNNr.XXXX という名前で出力されます。NNN は最適化パスの番号、XXXX は最適化パスの名前が入ります。

;; Function main (main, funcdef_no=0, decl_uid=1514, cgraph_uid=0, symbol_order=0)

(note 1 0 3 NOTE_INSN_DELETED)
(note 3 1 2 2 [bb 2] NOTE_INSN_BASIC_BLOCK)
(note 2 3 5 2 NOTE_INSN_FUNCTION_BEG)
(insn 5 2 6 2 (set (reg:SI 104)
        (const_int 1 [0x1])) "a.c":3 132 {*movsi_internal}
     (nil))
(insn 6 5 7 2 (set (mem/c:SI (plus:SI (reg/f:SI 65 frame)
                (const_int -4 [0xfffffffffffffffc])) [1 a+0 S4 A32])
        (reg:SI 104)) "a.c":3 132 {*movsi_internal}
     (nil))
(insn 7 6 8 2 (set (reg:SI 105)
        (const_int 2 [0x2])) "a.c":3 132 {*movsi_internal}
     (nil))
(insn 8 7 9 2 (set (mem/c:SI (plus:SI (reg/f:SI 65 frame)
                (const_int -8 [0xfffffffffffffff8])) [1 b+0 S4 A32])
        (reg:SI 105)) "a.c":3 132 {*movsi_internal}
     (nil))
(insn 9 8 10 2 (set (reg:SI 107)
        (mem/c:SI (plus:SI (reg/f:SI 65 frame)
                (const_int -4 [0xfffffffffffffffc])) [1 a+0 S4 A32])) "a.c":5 132 {*movsi_internal}
     (nil))
(insn 10 9 11 2 (set (reg:SI 108)
        (mem/c:SI (plus:SI (reg/f:SI 65 frame)
                (const_int -8 [0xfffffffffffffff8])) [1 b+0 S4 A32])) "a.c":5 132 {*movsi_internal}
     (nil))
(insn 11 10 12 2 (set (reg:SI 106)
        (plus:SI (reg:SI 107)
            (reg:SI 108))) "a.c":5 3 {addsi3}
     (nil))
(insn 12 11 17 2 (set (mem/c:SI (plus:SI (reg/f:SI 65 frame)
                (const_int -12 [0xfffffffffffffff4])) [1 c+0 S4 A32])
        (reg:SI 106)) "a.c":5 132 {*movsi_internal}
     (nil))
(insn 17 12 0 2 (const_int 0 [0]) "a.c":7 240 {nop}
     (nil))

RTL は最適化処理を実行するたびに内容が変わるため、たくさんのファイルが出力されます。上記の RTL は GIMPLE から RTL に変換した後、命令割当のみ行った状態のものです。最適化パス名でいうと vregs というパスが終わった後の RTL です。

長くなってきたので分割します。

広域水道事業

Facebook で都道府県営水道は東京だけではないと教えていただきました。

以前（の日記参照）書いたように、水道は基本的には市町村が運営するものです。市町村で維持が難しくなった水道事業を都道府県が引き取る形になっているせいか、各県ごとに運営形態も提供範囲もバラバラです。

全ての都道府県を全て調べるのは大変なので、人口の多そうな都道府県を中心に水道事業の統合について、調べてみました。

神奈川県: 企業局 水道部経営課

横浜市、川崎市を除く西部ほぼ全域
県営水道の給水区域 - 神奈川県ホームページ

千葉県: 企業局

県営ではなく、市町村がいくつか協力し企業団（※1）を形成
千葉県内の各水道事業体のご案内 / 千葉県

愛知県: 企業庁 水道事業課

県営水道と企業団（※2）の複合で、名古屋市、東部一部地域を除く全域
事業概要（水道用水供給事業） - 愛知県

大阪府: 大阪広域水道企業団（府営水道を引き継いだ）

泉南、北部の一部市町村
大阪府域の水道の広域化について | 大阪広域水道企業団

京都府: 京都府営水道事務所、府民環境部公営企画課

南部の人口密集地
水道事業のあらまし / 京都府ホームページ

東京以外にも色々なところでやっていますね。共通しているのは人口が多い、供給面積が広い、ダムから遠く水源がないなど、1市町村で水道を賄えなくなっていることでしょうか。

今まで住んだことのある市町村は、偶然いずれも広域水道に入っていませんでした。つまり田舎ばかりだったということか……？

※1: 千葉県の水道企業団
九十九里地域水道企業団（匝瑳市、東金市、茂原市、横芝光町、大網白里市、九十九里町、山武市、一宮町、睦沢町、長生村、白子町、長柄町、長南町）
北千葉広域水道企業団（千葉県水道局、松戸市、野田市、柏市、流山市、我孫子市、習志野市、八千代市）
東総広域水道企業団（銚子市、旭市、東庄町）
君津広域水道企業団（千葉県水道局、木更津市、君津市、富津市、袖ケ浦市）
印旛郡市広域市町村圏事務組合水道企業部（成田市、佐倉市、四街道市、酒々井町、八街市、印西市、白井市）
南房総広域水道企業団（館山市、勝浦市、鴨川市、大多喜町、いすみ市、御宿町、鋸南町、南房総市、三芳(企)）

※2: 愛知県の水道企業団
愛知中部水道企業団（豊明市・日進市・みよし市・長久手市・東郷町）
北名古屋水道企業団（北名古屋市・豊山町）、丹羽広域事務組合（大口町・扶桑町）
海部南部水道企業団（愛西市・弥富市・飛島村）

メモ: 技術系の話は Facebook から転記しておくことにした。大幅加筆した。