Implicit Computational Complexity and Compilers

par Thomas Rubiano

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Virgile Mogbil et de Jean-Yves Moyen.

Soutenue le 01-12-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis) , en partenariat avec Laboratoire informatique de Paris-Nord (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis) (laboratoire) et de Université Paris 13 (Etablissement de préparation) .

Le président du jury était Stefano Guerrini.

Le jury était composé de Christophe Fouqueré, Tobias Grosser, Torben Æ Mogensen, Ulrich Schöpp, Jakob Grue Simonsen.

Les rapporteurs étaient Guillaume Bonfante, Laure Gonnord.

  • Titre traduit

    Complexité Implicite et compilateurs


  • Résumé

    Complexity theory helps us predict and control resources, usually time and space, consumed by programs. Static analysis on specific syntactic criterion allows us to categorize some programs. A common approach is to observe the program’s data’s behavior. For instance, the detection of non-size-increasing programs is based on a simple principle : counting memory allocation and deallocation, particularly in loops. This way, we can detect programs which compute within a constant amount of space. This method can easily be expressed as property on control flow graphs. Because analyses on data’s behaviour are syntactic, they can be done at compile time. Because they are only static, those analyses are not always computable or easily computable and approximations are needed. “Size-Change Principle” from C. S. Lee, N. D. Jones et A. M. Ben-Amram presented a method to predict termination by observing resources evolution and a lot of research came from this theory. Until now, these implicit complexity theories were essentially applied on more or less toy languages. This thesis applies implicit computational complexity methods into “real life” programs by manipulating intermediate representation languages in compilers. This give an accurate idea of the actual expressivity of these analyses and show that implicit computational complexity and compilers communities can fuel each other fruitfully. As we show in this thesis, the methods developed are quite generals and open the way to several new applications.


  • Résumé

    La théorie de la complexité´e s’intéresse à la gestion des ressources, temps ou espace, consommés par un programmel ors de son exécution. L’analyse statique nous permet de rechercher certains critères syntaxiques afin de catégoriser des familles de programmes. L’une des approches les plus fructueuses dans le domaine consiste à observer le comportement potentiel des données manipulées. Par exemple, la détection de programmes “non size increasing” se base sur le principe très simple de compter le nombre d’allocations et de dé-allocations de mémoire, en particulier au cours de boucles et on arrive ainsi à détecter les programmes calculant en espace constant. Cette méthode s’exprime très bien comme propriété sur les graphes de flot de contrôle. Comme les méthodes de complexité implicite fonctionnent à l’aide de critères purement syntaxiques, ces analyses peuvent être faites au moment de la compilation. Parce qu’elles ne sont ici que statiques, ces analyses ne sont pas toujours calculables ou facilement calculables, des compromis doivent être faits en s’autorisant des approximations. Dans le sillon du “Size-Change Principle” de C. S. Lee, N. D. Jones et A. M. Ben-Amram, beaucoup de recherches reprennent cette méthode de prédiction de terminaison par observation de l’évolution des ressources. Pour le moment, ces méthodes venant des théories de la complexité implicite ont surtout été appliquées sur des langages plus ou moins jouets. Cette thèse tend à porter ces méthodes sur de “vrais” langages de programmation en s’appliquant au niveau des représentations intermédiaires dans des compilateurs largement utilises. Elle fournit à la communauté un outil permettant de traiter une grande quantité d’exemples et d’avoir une idée plus précise de l’expressivité réelle de ces analyses. De plus cette thèse crée un pont entre deux communautés, celle de la complexité implicite et celle de la compilation, montrant ainsi que chacune peut apporter à l’autre.


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