CCHR: De snelste CHR implementatie Promotor: Prof. Dr. Bart Demoen Begeleider: Dr. ir. Tom Schrijvers Pieter Wuille 20 december 2006

(1)

CCHR: De snelste CHR implementatie

Promotor:

Prof. Dr. Bart Demoen Begeleider:

Dr. ir. Tom Schrijvers

Pieter Wuille

20 december 2006

(2)

1 Algemeen Waarom CCHR Structuur

2 Implementatie Mogelijkheden Overzicht

3 Ontwerpbeslissingen Geheugenallocatie Macro’s

4 Performantie GCD Voorbeeld FIB Voorbeeld Primes Voorbeeld 5 Gepland werk

Gepland werk

(3)

Gepland werk

(4)

Waarom CHR in C?

De mogelijkheid om CHR te gebruiken in pure C programma’s Een poging tot CHR heel snel maken (oa. door grote vrijheid in C datastructuren)

(5)

De verschillende stappen bij het gebruik van CCHR zijn:

CCHR code

CCHR Compiler C macro’s

C Preprocessor C code

C Compiler Executable

CCHR code

Gewone C broncode

Met “cchr { . . . }” blokken in Deze blokken worden vervangen door C macro’s

(6)

Gepland werk

(7)

CHR Constraints

CHR Constraints zijn ge¨ımplementeerd:

Willekeurige ariteit

Alle C datatypes (behalve arrays) als argumenten Extra parameters voor weergave of voor destructors

voorbeeld

constraint init(int),fib(int,bignum_t) destr(destruct_bignum(&$2));

(8)

CHR Rules

CHR Rules zijn ge¨ımplementeerd:

Propagation (K , . . .==>. . .) Simplification (R, . . .<=>. . .) Simpagation (K , . . .\ R, . . .<=>. . .)

voorbeelden

begin @ init(_) ==> fib(0,1), fib(1,1);

triv @ gcd(0) <=> true;

dec @ gcd(N) \ gcd(M) <=> M>=N | gcd(M-N);

(9)

Variabelen

Variabelen in CHR Rules zijn geimplementeerd:

Als constraint-argument in head Als lokale variabele in guard Als lokale variabele in body

voorbeelden

con(N) ==> N>0 | cons(N-1);

con(N) ==> int M=N-1, M>=0 | con(M);

con(N) ==> N>0 | int M=N-1, con(M);

(10)

Niet-HNF Rules

Het is mogelijk CHR Rules die niet in HNF (Head-Normal Form) staan te gebruiken:

Er kunnen C-expressies als argument voorkomen Een variabele mag meermaals voorkomen Een variabele mag in een expressie voorkomen

voorbeelden

con(0) <=> true;

fib(N,_) \ init(N) <=> true;

fib(N-1,M1), fib(N,M2) ==> fib(N+1,M1+M2);

(11)

C statements

Het is mogelijk willekeurige C statements in guard of body te plaatsen:

Moet tussen { . . . }

Bv initialisatie van ingwikkelde argumenten

voorbeeld str(Str1) ==>

char *Str2=malloc(2*strlen(Str1)), { strcpy(Str2,Str1);

strcat(Str2,Str1);

}, dblstr(Str2);

(12)

Debug-modus

Er is een debug modus:

Door een optie aan C compiler mee te geven

Print alle constraints, uitgevoerde regels, propagation history toevoegingen, . . . uit

vereist een debug(“printf string”) tag bij alle constraints

(13)

Source

CCHR

main lexer & parser

analyse

code generatie

C code

(14)

Source

CCHR main lexer & parser

analyse code generatie C code

de main module

Bevat de main() C routine Overloopt alle opgegeven sourcefiles

Vervangt .chr of .cchr door .c voor output

Kopieert input naar output, behalve cchr-blokken

Voor cchr blokken worden lexer, parser, analyser en

code-generator aangeroepen

(15)

Source

de lexer

Geschreven mbv. Flex (die lexer genereert in C)

Herkent operatoren, haakjes, symbolen

Parser vraagt deze ’tokens’ op aan lexer

de parser

Geschreven mbv. Bison (die parser genereert in C)

Herkent regels, code-blokken, argumenten, constraints, . . .

(16)

Source

de analyser

Analyseert output van de parser (abstract syntax tree)

Genereert nieuwe data structuur met expressions, variabelen, constraints, regels, . . . Doet conversie naar Head Normal Form

Analyseert gebruik van variabelen, waar propagation history bij te houden, . . .

(17)

Source

de code-generator

Gebruikt de gegevens gegenereerd door analyser Genereert een aantal macro’s voor elke constraint/regel Voor elke constraint occurrence een macro met code

(18)

Gepland werk

(19)

Geheugenallocatie

Alle ge-malloc()-ed geheugen wordt ge-free()-d

Garbage Collector is niet noodzakelijk, dmv. user-defined destructors

Eventueel kan alternatieve malloc()/free() gebruikt worden (eg. Boehm)

(20)

Gebruik van C macro’s:

voordelen

Minder echte code in CCHR compiler zelf (hardcoded) Keuze van eg. datastructuren kan buiten compiler Overzichtelijkere outputcode

Debug-mode door simpel optie meegeven aan C compiler

nadelen

Veel moeilijker locatie van bugs te vinden Macro definities redelijk moeilijk leesbare code

(21)

Gepland werk

(22)

constraint gcd(uint64_t);

triv @ gcd(0ULL) <=> true;

dec @ gcd(N) \ gcd(M) <=> M>=N | gcd(M-N);

Beginnen met: gcd(100000000),gcd(5).

resultaten

implementatie runtime cycles/iteratie swi-prolog 37.1s 4100

cchr 0.08s 8.8

Java heeft geen tail recursion → stack overflow

(23)

typedef struct { mpz_t v; } bigint_t;

cchr {

constraint fib(int,bigint_t) destr(mpz_clear($2.v));

constraint init(int);

begin @ init(_) ==> bigint_t Z=, bigint_t Y=, { mpz_init_set_si(Z.v,1);

mpz_init_set_si(Y.v,1);

}, fib(0,Z), fib(1,Y);

calc @ init(Max), fib(N-1,M1), fib(N,M2) ==> N<Max | bigint_t Sum=, {

mpz_init(Sum.v);

mpz_add(Sum.v,M1.v,M2.v);

}, fib(N+1, Sum);

fini @ init(_) <=> true;

}

(24)

Beginnen met: init(7499).

Versie 2 gebruikt:

fini @ fib(Max,_) \ init(Max) <=> true;

in plaats van:

fini @ init(_) <=> true;

resultaten

implementatie runtime(v1) runtime(v2)

swi-prolog 740s 294s

jchr 4.56s 0.149s

cchr 2.06s 1.22s

cchr (no hist) - 0.505s

(25)

constraint candidate(int),prime(int);

candidate(1) <=> true;

candidate(N) <=> prime(N), candidate(N-1);

prime(Y) \ prime(X) <=> (X%Y)==0 | true;

Beginnen met: candidate(23000).

resultaten

implementatie runtime swi-prolog 330s

jchr 48.5s

cchr 8.9s

(26)

Gepland werk

(27)

Gepland werk

Built-in constraints (mbv. union find) & reactivatie Meer datastructuren (eg. hashtables)

Functies om over constraint store te itereren Meer voorbeelden uitwerken en testen

Parameters bij rules (pragma’s, eg. “passive”) Meer optimalisaties

(28)

Nog vragen?