<html><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html charset=utf-8"></head><body style="word-wrap: break-word; -webkit-nbsp-mode: space; line-break: after-white-space;" class=""><br class=""><div><br class=""><blockquote type="cite" class=""><div class="">On Jun 14, 2017, at 11:24, Erik Eckstein via swift-dev &lt;<a href="mailto:swift-dev@swift.org" class="">swift-dev@swift.org</a>&gt; wrote:</div><br class="Apple-interchange-newline"><div class=""><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html charset=utf-8" class=""><div style="word-wrap: break-word; -webkit-nbsp-mode: space; -webkit-line-break: after-white-space;" class="">Hi,<div class=""><br class=""></div><div class="">I’m about implementing statically initialized arrays. It’s about allocating storage for arrays in the data section rather than on the heap.</div><div class=""><br class=""></div><div class="">Info: the array storage is a heap object. So in the following I’m using the general term “object” but the optimization will (probably) only handle array buffers.</div><div class=""><br class=""></div><div class="">This optimization can be done for array literals containing only other literals as elements.</div><div class="">Example:</div><div class=""><br class=""></div><div class="">func createArray() -&gt; [Int] {</div><div class="">&nbsp; return [1, 2, 3]</div><div class="">}</div><div class=""><br class=""></div><div class="">The compiler can allocate the whole array buffer as a statically initialized global llvm-variable with a reference count of 2 to make it immortal.</div><div class="">It avoids heap allocations for array literals in cases stack-promotion can’t kick in. It also saves code size.</div><div class=""><br class=""></div><div class="">What’s needed for this optimization?</div><div class=""><br class=""></div><div class="">1) An optimization pass (GlobalOpt) which detects such array literal initialization patterns and “outlines” those into a statically initialized global variable</div><div class="">2) A representation of statically initialized global variables in SIL</div><div class="">3) IRGen to create statically initialized objects as global llvm-variables</div><div class=""><br class=""></div><div class="">ad 2) Changes in SIL:</div><div class=""><br class=""></div><div class="">Currently a static initialized sil_global is represented by having a reference to a globalinit function which has to match a very specific pattern (e.g. must contain a single store to the global).</div><div class="">This is somehow quirky and would get even more complicated for statically initialized objects.</div><div class=""><br class=""></div><div class="">I’d like to change that so that the sil_global itself contains the initialization value.</div><div class="">This part is not yet related to statically initialized objects. It just improves the representation of statically initialized global in general.</div><div class=""><br class=""></div><div class=""><div class=""><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="color: rgb(51, 187, 200); font-variant-ligatures: no-common-ligatures;" class="">@@ -1210,7 +1210,9 @@</span><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures;" class=""> Global Variables</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;::</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255); min-height: 13px;" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;</span><br class="webkit-block-placeholder"></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;&nbsp; decl ::= sil-global-variable</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; static-initializer ::= '{' sil-instruction-def* '}'</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;&nbsp; sil-global-variable ::= 'sil_global' sil-linkage identifier ':' sil-type</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+ &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; (static-initializer)?</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255); min-height: 13px;" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;</span><br class="webkit-block-placeholder"></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;SIL representation of a global variable.</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255); min-height: 13px;" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;</span><br class="webkit-block-placeholder"></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures; color: #33bbc8" class="">@@ -1221,6 +1223,19 @@</span><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class=""> SIL instructions. Prior to performing any access on the global, the</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;Once a global's storage has been initialized, ``global_addr`` is used to</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;project the value.</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; background-color: rgb(255, 255, 255); min-height: 13px;" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">&nbsp;</span><br class="webkit-block-placeholder"></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+A global can also have a static initializer if it's initial value can be</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+composed of literals. The static initializer is represented as a list of</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+literal and aggregate instructions where the last instruction is the top-level</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+value of the static initializer::</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; sil_global hidden @_T04test3varSiv : $Int {</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; &nbsp; %0 = integer_literal $Builtin.Int64, 27</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; &nbsp; %1 = struct $Int (%0 : $Builtin.Int64)</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; }</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+In case a global has a static initializer, no ``alloc_global`` is needed before</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+it can be accessed.</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+</span></div></div><div class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class=""><br class=""></span></div><div class="">Now to represent a statically initialized <i class="">object</i>, we need a new instruction. Note that this “instruction" can <i class="">only</i> appear in the initializer of a sil_global.</div></div><div class=""><br class=""></div><div class=""><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+object</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+``````</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+::</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; sil-instruction ::= 'object' sil-type '(' (sil-operand (',' sil-operand)*)? ')'</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; object $T (%a : $A, %b : $B, ...)</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; // $T must be a non-generic or bound generic reference type</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; // The first operands must match the stored properties of T</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; // Optionally there may be more elements, which are tail-allocated to T</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+Constructs a statically initialized object. This instruction can only appear</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+as final instruction in a global variable static initializer list.</span></div></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><br class=""></div><div class="">Finally we need an instruction to use such a statically initialized global object.</div><div class=""><br class=""></div><div class=""><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+global_object</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+`````````````</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class="">+::</div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; sil-instruction ::= 'global_object' sil-global-name ':' sil-type</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; %1 = global_object @v : $T</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; // @v must be a global variable with a static initialized object</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+&nbsp; // $T must be a reference type</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+Creates a reference to the address of a global variable which has a static</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+initializer which is an object, i.e. the last instruction of the global's</span></div><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(52, 188, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);" class=""><span style="font-variant-ligatures: no-common-ligatures" class="">+static initializer list is an ``object`` instruction.</span></div></div><div class=""><br class=""></div><div class=""><br class=""></div><div class="">ad 3) IRGen support</div><div class=""><br class=""></div><div class="">Generating statically initialized globals is already done today for structs and tuples.</div><div class="">What’s needed is the handling of objects.</div><div class="">In addition to creating the global itself, we also need a runtime call to initialize the object header. In other words: the object is statically initialized, except the header.</div><div class=""><br class=""></div><div class=""><div class=""><div style="margin: 0px; font-size: 11px; line-height: normal; font-family: Menlo; color: rgb(79, 129, 135); background-color: rgb(255, 255, 255);" class="">HeapObject<span style="" class="">&nbsp;*</span>swift::swift_initImmortalObject(HeapMetadata&nbsp;<span style="color: rgb(186, 45, 162);" class="">const</span>&nbsp;*metadata, HeapObject *object)</div></div></div><div class=""><br class=""></div><div class="">There are 2 reasons for that: first, the object header format is not part of the ABI. And second, in case of a bound generic type (e.g. array buffers) the metadata is not statically available.</div><div class=""><br class=""></div><div class="">One way to call this runtime function is dynamically at the global_object instruction whenever the metadata pointer is still null (via swift_once).</div><div class="">Another possibility would be to call it in a global constructor.</div><div class=""><br class=""></div><div class="">If you have any feedback, please let me know</div></div></div></blockquote><br class=""></div><div>Please do not use a global constructor. :-) Globals are already set up to handle one-time initialization; the fact that that initialization is now cheaper is still a good thing.</div><div><br class=""></div><div>To be clear, this sort of operation is only safe when the layout of the instance is statically known. The layout of an array buffer is <i class="">especially</i>&nbsp;brittle, since we use trailing storage, so this kind of operation really will be hardcoded in that case. I think that's fine.</div><div><br class=""></div><div>Jordan</div><br class=""></body></html>