Compileroptimierung

Compileroptimierung bezeichnet den Prozess, durch den Compiler den generierten Code so verändert, dass er schneller läuft, weniger Speicher benötigt oder kleiner ausfällt, ohne die Semantik des Programms zu verändern. Ziel ist es, Performancegewinne zu erzielen, ohne die Korrektheit zu gefährden. Optimierungen erfolgen typischerweise in mehreren Stufen des Compilierprozesses: Frontend, Middle-End und Backend. Moderne Compiler nutzen Zwischenrepräsentationen, oft in SSA-Form, um Abhängigkeiten und Datenflüsse effizient zu analysieren. Dadurch lassen sich plattformunabhängige Optimierungen und plattformspezifische Backend-Optimierungen getrennt anwenden.

Zu den wichtigsten Optimierungsarten gehören Konstantenfaltung (Constant Folding), Kopierpropagation, Common Subexpression Elimination, Dead Code Elimination (Totcode-Eliminierung) sowie Schleifenoptimierungen wie Schleifenunrolling und Schleifeninvariante Codebewegung. Weitere zentrale Techniken sind Inlining, Registerallokation, Peephole-Optimierung, Vectorisierung (einschließlich Auto-Vectorisierung) und Optimierungen des Speichers, etwa cachefreundliche Zugriffe. Viele Compiler setzen außerdem auf optimierte Formalismen wie SSA, um präzise Datenflussanalysen durchzuführen und Alias-Beziehungen zu handhaben.

Fortgeschrittene Ansätze umfassen Whole-Program- oder Link-Time-Optimierung (LTO) sowie Profil-gesteuerte Optimierung (PGO), die anhand realer Laufzeitdaten weitere Verbesserungen ermöglichen. Diese Techniken liefern oft signifikante Leistungssteigerungen bei größeren Programsätzen, erhöhen aber in der Regel die Kompilierzeit und können Debugging-Ausrüstung erschweren. Gängige Compiler mit umfangreichen Optimierungslinien sind GCC, Clang/LLVM und MSVC.