第10章 代码优化

(=,A, ,B) (*,2,T1,T4) (+,R1,R2,T5) (*,T4,T5,T6)
9)
(-,R1,R2,T7)
n3 R1
＋
n4
10) (*,T5,T7,B) 用基本块的DAG构造算法构 造该基本块的DAG。
R2
23
例10.2，设有基本块如下： 1) 2) 3) (=,3.14, ,T1) (*,2,T1,T2) (+,R1,R2,T3) n6 * t2 ,t4 n2 6.28
② 能由条件转移语句或无条件转移语句转到的语句 是入口语句； ③ 紧跟在条件转移语句或无条件转移语句后面的语 句是入口语句。
8
基本块划分方法（续）
（2）对每一个入口语句，确定其所属的基本块范围。
它是由该入口语句到下一个入口语句之前， 或到一个转移语句(包括该转移语句)， 或到一个停语句(包括停语句)之间的语句序列组成 的。
A ,B ,t6
4)
5) 6) 7) 8)
(*,T2,T3,A)
(=,A, ,B) (*,2,T1,T4) (+,R1,R2,T5) (*,T4,T5,T6)
t3 ,t5
n5 ＋
n3
R1
n4 R2
9)
(-,R1,R2,T7)
10) (*,T5,T7,B) 用基本块的DAG构造算法构 造该基本块的DAG。

16
10.1.3 基本块的DAG表示

如果存在一条路径，其长度≥2，ni→…→nj， 且ni=nj，则称该路径是一个环路。
如果有向图中的任一路径都不是环路，则称该有 向图为无环路有向图。
n1 n3 n2 n4 n1 n3 n2 n4
17

图10.2带环路有向图
图10.3无环路有向图
10.1.3 基本块的DAG表示
（3）执行上述两步后，凡未包含在任何基本块中的 语句，都是控制流程不可到达的语句。这些语句 不会被执行，故应该删除。
9
【例10.1】
对下段程序划分基本块。
(1)(=，100，_，a) (2)(>，a，5，c) (3)(brf，c，_，6) (4)(－，a，1，a)
B3
(-,a,1,a) (br,2, , ) B4 (=，10，_，c) B1 (=，100，_，a) B2 (>,a,5,c) (brf, c, ,6)
（1）x=10+a （2）y=x+b
（1）y=2+b; （ 2 ） x=2*a*b; （3）y=x*y;
13
3、冗余子表达式的消除

一旦计算出了一个表达式，则可重复使用它，而 不必重复地对它进行计算。 1. a=b+c;
2. b=a-d; 3. c=b+c; 4. d=a-d;
1. ;
a=b+c
2. b=a-d;
S.P
词法分析程序
符 号 表 管 理 语法分析程序 语义分析及生成中间代码程序 代码优化程序 代码生成程序 O.P
1
错 误 处 理
第十章 代码优化
教学目标
1. 要求明确代码优化的目的和分类
2. 掌握基本块的划分方法，基本块的DAG表 示及优化实现 3. 掌握循环优化的三种优化方法
2
教学内容
10.1 局部优化
再看下面的程序段： a=0; b=2; if (b>0) a=b*a; //出口1 else
考虑如下的程 序段：
a=10;
b=a*10;
基本块
c=a+b;
有多个出口，所以 不是一个基本块。
a=a/b; //出口2
7
基本块划分方法
（1）确定各个基本块的的入口语句（基本块的第一 个语句）
① 语句序列的第一个语句是入口语句；
10.2 循环内优化
3
第10章 代码优化
目的：提高目标代码运行效率
时间效率（减少运行时间） 空间效率（减少内存容量） 原则：不能改变原有程序语义 优化实质上是对代码进行等价变换，变换后代码结 构不同但运行结果相同。
4
代码优化分类
从优化的层次，与机器是否有关
与机器无关：与目标机无关，在中间代码上优化 与机器有关：充分利用系统资源，（指令系统，寄 存器） 从优化涉及的范围 局部优化：在基本块内进行优化。
x = op y
x n1 op y n1
例如
x=－y
x n1 － y n1
21
仅含0型、1型、2型四元式的基本块的 DAG构造算法如下（续）：
3、若中间代码形如x = y op z，查找是否存在结点 y和z，若不存在，则新建结点y和(或)z，再查找 是否存在一个结点op，其左子结点为y，右子结点 为z，若不存在，创建标记为op的结点，将op和y、 z连接，并在附加标识符表中增加标识符x

基本块的DAG是在结点上带有标记的DAG 叶结点 独特的标识符(名字,常数)标记 内部结点 运算符号标记 各个结点 附加标识符标记 A n3 OP B
C
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n1
n2
常数/名字
常用四元式语句的DAG表示
类型 四元式 0型 (=,B,,A) DAG结点
A, B n1
说明 把B赋给变量A，即A、B 具有同样的值。无条件转 向语句也可这样表示。 OP是单目运算符，与0 型类似 B、C为两个叶结点，OP 为运算符，运算结果赋给 C 内部结点右边的标记A
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1型 (OP,B,,A ) 2型 (OP,B,C, A)
n2 A
OP
n1 B
n3 A OP n1 B n2
仅含0型、1型、2型四元式的基本块的 DAG构造算法如下：
初始时DAG为空。 1、若中间代码形如x = y，查找是否存在一个结点 y，若不存在，创建一个标记为y的结点，并在附 加标识符表中增加标识符x。
x=3.14*2 y=2*5*a;
常数合并后的 代码如下： (= ， 6.28，_，x) (*，10，a，y) (=，7.28，_， z)
z=x+1;
12
2、删除无用赋值

有些变量的赋值对程序运行结果没有任何作用， 对这些变量赋值的代码可以删除。
（1）x=1 （ 2 ） x=10+a （ 3 ） （ 1） x=2+a; y=x+b （2）y=2+b; （ 3 ） x=2*a*b;
t7
－ n7
＋
n4 R2
9)
(-,R1,R2,T7)
10) (*,T5,T7,B) 用基本块的DAG构造算法构 造该基本块的DAG。
25
优化后生成的程序 A,t6 B 如下： n6 n8 (=，3.14，_，T1) * * (=，6.28，_，T2) t7 (=，6.28，_，T4) t3,t5 t2,t4 n7 n5 (+,R1,R2,T3) n2 － (=,T3,_,T5) ＋ 6.28 (*,6.28,T3,A) t1 (=,A,_,T6) n1 n3 n4 (-,R1,R2,T7) 3.14 R1 R2 26 (*,T5,T7,B)
15
10.1.3 基本块的DAG表示

用无回路有向图(Directed Acyclic Graph)来 表示程序流图，简称DAG
在一个有向图中，若存在有向边序列n1→n2、…、 nk-1→nk，则称结点n1到结点nk之间存在一条 路径，或称n1与nk是连通的。 路径上有向边的个数称为路径的长度。

(5)(br，2，_，_)
(6)(=，10，_，c)
10
10.1.2 基本块的优化技术
1、常数合并
2、删除无用赋值 3、冗余子表达式的消除
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1、常数合并

编译时就计算表达式中的常量运算
转换成四元式为： (*，3.14，2，t1) (=，t1，_，x) (*，2，5，t2) (*，t2，a，t3) (=，t3，_，y) (+，x，1，t4) (=，t4，_，z)
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例10.2，设有基本块如下： 1) 2) 3) (=,3.14, ,T1) (*,2,T1,T2) (+,R1,R2,T3)
A,B,t6
n6 * t2,t4 n2 6.28 n3 R1 n5 t3,t5 n8 *
B
4)
5) 6) 7) 8)
(*,T2,T3,A)
(=,A, ,B) (*,2,T1,T4) (+,R1,R2,T5) (*,T4,T5,T6)
循环优化：对循环语句所生成的中间代码进行优化。
全局优化：跨越多个基行的优化
基本块：
程序中一个顺序执行的语句序列，即一个程序
段，它只有一个入口和一个出口，入口是第一
条语句，出口是最后一条语句。
6
10.1.1 基本块的划分

基本块内的语句要么都被执行，要么都不执行。
x=y
x n1 y
例如
x=3
x
n1 3
x=r1
x
n1 r1
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仅含0型、1型、2型四元式的基本块的 DAG构造算法如下（续）：
2、若中间代码形如x = op y，查找是否存在结点 y，若不存在，则新建结点y，再查找是否存在一 个结点op，其子结点为y，若不存在，创建标记 为op的结点，将op和y连接，并在附加标识符表 中增加标识符x。
3. c=b+c;
4. d=b;
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例
(*,a,b,t1) x=a*b 四元式 (+,t1,c,t2) +c (=,t2, ,x) y=a*b (*,a,b,t3) +x (+,t3,x,t4) z=a*b+ (=,t4, ,y) y (*,a,b,t5) (+,t5,y,t6) (=,t6, ,z) 删除冗余 (*,a,b,t1) 子表达式 (+,t1,c,t2) (=,t2, ,x) (+,t1,x,t3) (=,t3, ,y) (+,t1,y,t4) (=,t4, ,z)