エイリアシング（コンピューティング）

コンピューティングにおいて、エイリアシングとは、プログラム内の異なるシンボル名を通じてメモリ内のデータ位置にアクセスできる状況を指します。したがって、1 つの名前を通じてデータを変更すると、すべてのエイリアス名に関連付けられた値が暗黙的に変更されますが、これはプログラマが予期しない可能性があります。その結果、エイリアシングにより、プログラムの理解、分析、最適化が特に困難になります。エイリアシング アナライザーは、プログラム内のエイリアシングを理解するために役立つ情報を作成し、計算することを目的としています。

エイリアシングは、メモリ内の 1 つの場所を複数の名前で参照できる言語 (たとえば、ポインター) であれば、どの言語でも発生する可能性があります。これは、ポインター引数を受け入れる関数でよく見られる問題であり、エイリアシングに対する許容度 (または許容度の欠如) は、渡されたメモリ領域に対して複雑な操作を実行する関数の場合は特に、注意深く文書化する必要があります。

制御されたエイリアシング動作は、場合によっては望ましいことがあります (つまり、C のメモリレイアウトによって有効になるものとは異なり、指定されたエイリアシング動作)。これはFortranでは一般的な方法です。Perlプログラミング言語では、ループなどの一部の構造でエイリアシング動作を指定します。これにより、特定のデータ構造を少ないコードで直接変更できます。たとえば、 foreach

私の@array = ( 1 , 2 , 3 );     

foreach my $element ( @array ) { # $element を増分し、 @ array の各要素に$element が ''エイリアス'' されるため、@array が自動的に変更されます。 $element ++ ; }    
    
    
    
    


"@array \n"を印刷します。 

結果として「2 3 4」が出力されます。エイリアス効果を回避したい場合は、インデックス変数の内容を別のものにコピーし、コピーを変更することができます。

エイリアシングが可能な場合、オプティマイザは変数について保守的な仮定を行う必要があることがよくあります。たとえば、変数の値 (xは 5 など) がわかっていると、通常は特定の最適化 (定数伝播など) が可能になります。ただし、別の変数への代入後 (たとえば、C の) には、が のエイリアスで*y = 10ある可能性があるため、コンパイラーはこの情報を使用できません。のような代入の後には、このような状況になる可能性があります。 へのこの代入の影響で、 の値も変更されるため、 が5 であるという情報を後続のステートメントに伝播すると、誤りが発生する可能性があります (が実際に のエイリアスである場合)。ただし、ポインターに関する情報がある場合、定数伝播プロセスでは次のようなクエリを実行できます。 はのエイリアスになることができますか? この場合、答えが「いいえ」であれば、は安全に伝播できます。 *yxy = &x*yxx*y = 10*yxx*yx = 5

エイリアシングによって影響を受けるもう 1 つの最適化は、コードの並べ替えです。 がxによってエイリアスされていないとコンパイラが判断した場合*y、 の値を使用または変更するコードは、x割り当て の前に移動できます。これにより、スケジュールが*y = 10改善されるか、より多くのループ最適化を実行できるようになります。

このような最適化を予測可能な方法で有効にするために、C プログラミング言語のISO 標準(新しいC99エディションを含む、セクション 6.5、パラグラフ 7 を参照) では、異なる型のポインターを使用して同じメモリ位置にアクセスすることは (いくつかの例外を除いて) 違法であると規定しています。したがって、コンパイラーは、そのようなポインターがエイリアスしないと想定する場合があります。このルールは、厳密なエイリアス ルールと呼ばれ、パフォーマンスが大幅に向上することがありますが、^[1]それ以外の有効なコードが動作しなくなることが知られています。いくつかのソフトウェア プロジェクトは、C99 標準のこの部分を意図的に違反しています。たとえば、Python 2.x は参照カウントを実装するために違反しており、^[2]、この最適化を有効にするために Python 3 では基本オブジェクト構造体を変更する必要がありました。Linuxカーネルがこれを行っているのは、厳密なエイリアスによってインライン コードの最適化で問題が発生するためです。^[3]このような場合、gccでコンパイルすると、予期しないコードを生成する可能性のある不要な最適化を防ぐために、オプションが呼び出されます。 -fno-strict-aliasing

エイリアシングという用語は、ハードウェア設計上の選択またはハードウェア障害により、利用可能なアドレス ビットの 1 つ以上がメモリ選択プロセスで使用されない状況を説明するためにも使用されます。^[4]インストールされているメモリ デバイスをサポートするのに必要な数よりも多くのアドレス ビットが使用可能な場合、これは設計上の決定である可能性があります。障害が発生すると、1 つ以上のアドレス ビットが短絡するか、強制的にグランド(論理 0) または電源電圧 (論理 1) に接続される可能性があります。

例

この例では、8 つのロケーションを持つメモリ設計を想定しており、必要なアドレス ラインは 3 つ (または2 ^{3 = 8 なので}ビット) のみです。アドレス ビット (A2 から A0 まで) は、標準的なバイナリ カウンター方式で次のようにデコードされ、一意のメモリ ロケーションが選択されます。

上記の表では、8 つの固有のアドレス ビットの組み合わせのそれぞれが異なるメモリ位置を選択します。ただし、1 つのアドレス ビット (たとえば A2) がグランドに短絡された場合、表は次のように変更されます。

この場合、A2 は常にゼロなので、最初の 4 つのメモリ位置が複製され、2 番目の 4 つとして再び表示されます。メモリ位置 4 から 7 はアクセスできなくなります。

この変更が別のアドレス ビットに発生した場合、デコード結果は異なりますが、一般的に効果は同じです。つまり、1 つのアドレス ビットが失われると、使用可能なメモリ領域が半分に削減され、残りの領域が重複 (エイリアシング) されます。

• アンチエイリアシング
• コンピュータグラフィックスを含む信号処理に適用された場合の単語のエイリアシング

• エイリアシング、ポインターキャスト、gcc 3.3 – NetBSD メーリングリストの情報記事
• C++ での型ベースのエイリアス分析 – C++ での型ベースのエイリアス分析に関する情報記事
• C/C++ の厳密なエイリアシングを理解する – 元々は boost 開発者の wiki からの厳密なエイリアシングに関する記事