nitvm: use perfect hashing for atribute access
authorJulien Pagès <julien.projet@gmail.com>
Wed, 16 Jul 2014 13:10:33 +0000 (15:10 +0200)
committerJulien Pagès <julien.projet@gmail.com>
Fri, 18 Jul 2014 17:48:50 +0000 (19:48 +0200)
Signed-off-by: Julien Pagès <julien.projet@gmail.com>

src/vm.nit

index bda1458..eed0d47 100644 (file)
@@ -133,13 +133,97 @@ class VirtualMachine super NaiveInterpreter
        redef fun init_instance(recv: Instance)
        do
                if not recv.mtype.as(MClassType).mclass.loaded then create_class(recv.mtype.as(MClassType).mclass)
-               super
 
                recv.vtable = recv.mtype.as(MClassType).mclass.vtable
+
+               assert(recv isa MutableInstance)
+               recv.internal_attributes = init_internal_attributes(null_instance, recv.mtype.as(MClassType).mclass.cached_attributes.length)
+
+               super
        end
-       
+               
+       # Initialize the internal representation of an object (its attribute values)
+       private fun init_internal_attributes(null_instance: Instance, size: Int): Pointer
+               import Array[Instance].length, Array[Instance].[] `{
+               
+               Instance* attributes = malloc(sizeof(Instance) * size);
+
+               int i;
+               for(i=0; i<size; i++)
+                       attributes[i] = null_instance;
+
+               return attributes;
+       `}
+
        # Creates the runtime structures for this class
        fun create_class(mclass: MClass) do     mclass.make_vt(self)
+
+       # Return the value of the attribute `mproperty for the object `recv
+       redef fun read_attribute(mproperty: MAttribute, recv: Instance): Instance
+       do
+               assert recv isa MutableInstance
+
+               # Read the attribute value with perfect hashing
+               var id = mproperty.intro_mclassdef.mclass.vtable.id
+               
+               var i = read_attribute_ph(recv.internal_attributes, recv.vtable.internal_vtable,
+                                       recv.vtable.mask, id, mproperty.offset)
+               
+               return i
+       end
+
+       # Return the attribute value in `instance with a sequence of perfect_hashing
+       #     `instance is the attributes array of the receiver
+       #     `vtable is the pointer to the virtual table of the class (of the receiver)
+       #     `mask is the perfect hashing mask of the class
+       #     `id is the identifier of the class
+       #     `offset is the relative offset of this attribute
+       private fun read_attribute_ph(instance: Pointer, vtable: Pointer, mask: Int, id: Int, offset: Int): Instance `{
+               // Perfect hashing position
+               int hv = mask & id;
+               long unsigned int *pointer = (long unsigned int*)(((long int *)vtable)[-hv]);
+               
+               // pointer+1 is the position where the delta of the class is
+               int absolute_offset = *(pointer + 1);
+
+               Instance res = ((Instance *)instance)[absolute_offset + offset];
+               
+               return res;
+       `}
+
+       # Replace in `recv the value of the attribute `mproperty by `value
+       redef fun write_attribute(mproperty: MAttribute, recv: Instance, value: Instance)
+       do
+               assert recv isa MutableInstance
+
+               var id = mproperty.intro_mclassdef.mclass.vtable.id
+               
+               # TODO : ugly hack
+               recv.attributes[mproperty] = value
+
+               # Replace the old value of mproperty in recv
+               write_attribute_ph(recv.internal_attributes, recv.vtable.internal_vtable,
+                                       recv.vtable.mask, id, mproperty.offset, value)
+       end
+
+       # Replace the value of an attribute in an instance
+       #     `instance is the attributes array of the receiver
+       #     `vtable is the pointer to the virtual table of the class (of the receiver)
+       #     `mask is the perfect hashing mask of the class
+       #     `id is the identifier of the class
+       #     `offset is the relative offset of this attribute
+       #         `value is the new value for this attribute
+       private fun write_attribute_ph(instance: Pointer, vtable: Pointer, mask: Int, id: Int, offset: Int, value: Instance) `{
+               // Perfect hashing position
+               int hv = mask & id;
+               long unsigned int *pointer = (long unsigned int*)(((long int *)vtable)[-hv]);
+
+               // pointer+1 is the position where the delta of the class is
+               int absolute_offset = *(pointer + 1);
+
+               ((Instance *)instance)[absolute_offset + offset] = value;
+       `}
 end
 
 redef class MClass
@@ -149,6 +233,9 @@ redef class MClass
        # True when the class is effectively loaded by the vm, false otherwise
        var loaded: Bool = false
 
+       # Cached attributes for faster instanciations of this class
+       var cached_attributes: Array[MAttribute] = new Array[MAttribute]
+
        # Allocates a VTable for this class and gives it an id
        private fun make_vt(v: VirtualMachine)
        do
@@ -163,23 +250,29 @@ redef class MClass
                # Make_vt for super-classes
                var ids = new Array[Int]
                var nb_methods = new Array[Int]
+               var nb_attributes = new Array[Int]
 
                for parent in superclasses do
                        if parent.vtable == null then parent.make_vt(v)
                        
                        # Get the number of introduced methods and attributes for this class
                        var methods = 0
+                       var attributes = 0
 
                        for p in parent.intro_mproperties(none_visibility) do
                                if p isa MMethod then methods += 1
+                               if p isa MAttribute then
+                                       attributes += 1
+                               end
                        end
                        
                        ids.push(parent.vtable.id)
                        nb_methods.push(methods)
+                       nb_attributes.push(attributes)
                end
                
                # When all super-classes have their identifiers and vtables, allocate current one
-               allocate_vtable(v, ids, nb_methods)
+               allocate_vtable(v, ids, nb_methods, nb_attributes)
                loaded = true
                # The virtual table now needs to be filled with pointer to methods
        end
@@ -187,7 +280,8 @@ redef class MClass
        # Allocate a single vtable
        #       ids : Array of superclasses identifiers
        #       nb_methods : Array which contain the number of introducted methods for each class in ids
-       private fun allocate_vtable(v: VirtualMachine, ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int])
+       #       nb_attributes : Array which contain the number of introducted attributes for each class in ids
+       private fun allocate_vtable(v: VirtualMachine, ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], nb_attributes: Array[Int])
        do
                vtable = new VTable
                var idc = new Array[Int]
@@ -202,17 +296,64 @@ redef class MClass
                ids_total.push(vtable.id)
 
                var nb_methods_total = new Array[Int]
-               var methods = 0
+               var nb_attributes_total = new Array[Int]
+
+               var self_methods = 0
+               var self_attributes = 0
+               
+               # For self attributes, fixing offsets
+               var relative_offset = 0
                for p in intro_mproperties(none_visibility) do
-                       if p isa MMethod then methods += 1
+                       if p isa MMethod then self_methods += 1
+                       if p isa MAttribute then 
+                               self_attributes += 1
+                               p.offset = relative_offset
+                               relative_offset += 1
+                               cached_attributes.push(p)
+                       end
                end
+
                nb_methods_total.add_all(nb_methods)
-               nb_methods_total.push(methods)
-               
-               vtable.internal_vtable = v.memory_manager.init_vtable(ids_total, nb_methods_total, vtable.mask)
+               nb_methods_total.push(self_methods)
+
+               nb_attributes_total.add_all(nb_attributes)
+               nb_attributes_total.push(self_attributes)
+
+               # Since we have the number of attributes for each class, calculate the delta 
+               var d = calculate_delta(nb_attributes_total)
+               vtable.internal_vtable = v.memory_manager.init_vtable(ids_total, nb_methods_total, d, vtable.mask)
+       end
+
+       # Computes delta for each class
+       # A delta represents the offset for this group of attributes in the object
+       #    nb_attributes : number of attributes for each class (classes are linearized from Object to current)
+       #    return deltas for each class
+       private fun calculate_delta(nb_attributes: Array[Int]): Array[Int]
+       do
+               var deltas = new Array[Int]
+
+               var total = 0
+               for nb in nb_attributes do
+                       deltas.push(total)
+                       total += nb
+               end
+
+               return deltas
        end
 end
 
+redef class MAttribute
+       # Represents the relative offset of this attribute in the runtime instance
+       var offset: Int
+end
+
+# Redef MutableInstance to improve implementation of attributes in objects
+redef class MutableInstance
+       
+       # C-array to store pointers to attributes of this Object
+       var internal_attributes: Pointer
+end
+
 # A VTable contains the virtual method table for the dispatch
 # and informations to perform subtyping tests
 class VTable
@@ -239,16 +380,16 @@ end
 class MemoryManager
 
        # Allocate and fill a virtual table
-       fun init_vtable(ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], mask: Int): Pointer 
+       fun init_vtable(ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], nb_attributes: Array[Int], mask: Int): Pointer 
        do
                # Allocate in C current virtual table
-               var res = intern_init_vtable(ids, nb_methods, mask)
+               var res = intern_init_vtable(ids, nb_methods, nb_attributes, mask)
 
                return res
        end
 
        # Construct virtual tables with a bi-dimensional layout
-       private fun intern_init_vtable(ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], mask: Int): Pointer 
+       private fun intern_init_vtable(ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], deltas: Array[Int], mask: Int): Pointer 
                import Array[Int].length, Array[Int].[] `{
 
                // Allocate and fill current virtual table
@@ -287,6 +428,7 @@ class MemoryManager
                        int hv = mask & Array_of_Int__index(ids, i);
 
                        vtable[current_size] = Array_of_Int__index(ids, i);
+                       vtable[current_size + 1] = Array_of_Int__index(deltas, i);
                        vtable[-hv] = (long unsigned int)&(vtable[current_size]);
                        
                        current_size += 2;
@@ -295,4 +437,4 @@ class MemoryManager
 
                return vtable;
        `}
-end
+end
\ No newline at end of file