В вычислительной технике псевдонимы описывают ситуацию, в которой к местоположению данных в памяти можно получить доступ через различные символические имена в программе. Таким образом, изменение данных через одно имя неявно изменяет значения, связанные со всеми псевдонимами, чего может не ожидать программист. В результате псевдонимы особенно затрудняют понимание, анализ и оптимизацию программ. Анализаторы псевдонимов намерены создавать и вычислять полезную информацию для понимания псевдонимов в программах.
Псевдонимизация может возникнуть в любом языке, который может ссылаться на одно место в памяти с более чем одним именем (например, с указателями ). Это распространенная проблема с функциями, которые принимают аргументы указателей, и их толерантность (или ее отсутствие) к псевдонимам должна быть тщательно документирована, особенно для функций, которые выполняют сложные манипуляции с переданными им областями памяти.
Контролируемое поведение псевдонимов может быть желательным в некоторых случаях (то есть поведение псевдонимов, которое указано, в отличие от того, которое включено в структуру памяти в C). Это обычная практика в Fortran . Язык программирования Perl определяет в некоторых конструкциях поведение псевдонимов, например, в циклах. Это позволяет изменять определенные структуры данных напрямую с меньшим количеством кода. Например,foreach
мой @массив = ( 1 , 2 , 3 ); foreach my $element ( @array ) { # Увеличиваем $element, тем самым автоматически # изменяя @array, поскольку $element ''присвоен'' # каждому из элементов @array по очереди. $element ++ ; } распечатать "@array \n" ; в результате выведет "2 3 4". Если бы кто-то хотел обойти эффекты наложения, он мог бы скопировать содержимое индексной переменной в другую и изменить копию.
Оптимизаторам часто приходится делать консервативные предположения о переменных, когда возможно использование псевдонимов. Например, знание значения переменной (например, равно x5) обычно позволяет выполнять определенные оптимизации (например, распространение констант ). Однако компилятор не может использовать эту информацию после присвоения другой переменной (например, в C, *y = 10), поскольку может оказаться, что *yявляется псевдонимом x. Это может произойти после присвоения типа y = &x. В результате этого присвоения значению также изменится *yзначение , поэтому распространение информации, равной 5, на следующие операторы может быть потенциально неверным (если действительно является псевдонимом ). Однако, если есть информация об указателях, процесс распространения констант может сделать запрос типа: может быть псевдонимом ? Тогда, если ответ отрицательный, может быть безопасно распространен.xx*y = 10*yxx*yx = 5
Другая оптимизация, на которую влияет псевдоним, — это переупорядочивание кода. Если компилятор решает, что xне псевдоним *y, то код, который использует или изменяет значение , xможет быть перемещен перед присваиванием *y = 10, если это улучшит планирование или позволит выполнить больше оптимизаций цикла .
Чтобы обеспечить такую оптимизацию предсказуемым образом, стандарт ISO для языка программирования C (включая его более новую редакцию C99 , см. раздел 6.5, параграф 7) определяет, что недопустимо (за некоторыми исключениями) обращаться к одному и тому же участку памяти с помощью указателей разных типов. Поэтому компилятор может предположить, что такие указатели не имеют псевдонимов. Это правило, известное как правило строгого псевдонимирования , иногда позволяет добиться впечатляющего повышения производительности, [1] но, как известно, нарушает некоторый в остальном допустимый код. Несколько программных проектов намеренно нарушают эту часть стандарта C99. Например, Python 2.x сделал это для реализации подсчета ссылок , [2] и потребовал внесения изменений в базовые структуры объектов в Python 3 для включения этой оптимизации. Ядро Linux делает это, потому что строгое псевдонимирование вызывает проблемы с оптимизацией встроенного кода. [3] В таких случаях при компиляции с помощью gcc эта опция -fno-strict-aliasingвызывается для предотвращения нежелательных оптимизаций, которые могут привести к получению неожиданного кода.
Термин «алиасинг» также используется для описания ситуации, когда из-за выбора конструкции оборудования или сбоя оборудования один или несколько доступных битов адреса не используются в процессе выбора памяти. [4] Это может быть конструкторским решением, если доступно больше битов адреса, чем необходимо для поддержки установленного устройства(-ий) памяти. В случае сбоя один или несколько битов адреса могут быть закорочены вместе или могут быть принудительно подключены к земле (логический 0) или напряжению питания (логическая 1).
Для этого примера, предположим, что конструкция памяти имеет 8 ячеек, требующих только 3 адресных линии (или бита , поскольку 2 3 = 8). Адресные биты (называемые A2 по A0) декодируются для выбора уникальных ячеек памяти следующим образом, в стандартной манере двоичного счетчика :
В таблице выше каждая из 8 уникальных комбинаций адресных битов выбирает различную ячейку памяти. Однако, если один адресный бит (например, A2) будет замкнут на землю, таблица будет изменена следующим образом:
В этом случае, поскольку A2 всегда равен нулю, первые четыре ячейки памяти дублируются и снова появляются как вторые четыре. Ячейки памяти с 4 по 7 стали недоступными.
Если бы это изменение произошло с другим адресным битом, результаты декодирования были бы другими, но в целом эффект был бы тем же: потеря одного адресного бита сокращает доступное пространство памяти вдвое, что приводит к дублированию (наложению имен) оставшегося пространства.