第10章 代码优化

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DAG在基本块优化中的作用


将一基本块的每一个四元式依次表示成对应 的一个DAG，再按原来构造DAG结点的顺 序重写四元式序列，便可得到“合并已知常 量”、“删除无用赋值”、“删除多余运算” 后的等价基本块。 对于出了基本块以后不再引用的名字，可以 不生成对其进行的赋值运算，而用临时变量 存放相应的运算结果。
局部优化
循环优化
全局优化
对一段顺 序语句序列 优化。
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在整个程序 对中循环的 代码序列优化。 范围内进行的 优化。
§10.1 基本块与程序控制流图
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一、基本块

基本块：是指程序中一顺序执行的语句序列， 其中只有一个入口语句(第一个语句)和一个 出口语句(最后一个语句)。 对于一个基本块来说，执行时只能从其 入口语句进入，从其出口语句退出。
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必经结点：对任意两个结点d和n，若从首结 点出发，到达n的各条通路都必须经过的结 点d，称d为n的必经结点，记作 d DOM n。 必经结点集：n的全部必经结点的集合，记 作D(n)。

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求必经结点集的算法
设结点n的父结点是 P1，P2，…，Pk，则： D(n)= {n} ∪ (∩ D(Pi)) 1≤i≤k
如果一个结点的基本块的入口语句是程 序的第一条语句，则称此结点为首结点。
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一个控制流程图可表示成一个三元组： G=(N，E，n0) N：所有结点(基本块)集； E：所有有向边集； n0 ：首结点。
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有向边
当下述条件有一个成立时，从结点i有 一有向边引向结点j：
i
j
① 基本块j在程序的位置紧跟在i后，且i的出 口语句不是无条件转移或停语句； ② i的出口是goto(S)或if goto(S)，而(S)是j的 入口语句。
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2.代码外提 把结果独立于循环 执行次数的表达式 提到循环的前面。
(1)P:=0 (2)I:=1 (4)T2:=addr(A)-4 (7)T5:=addr(B)-4 (3)T1:=4*I (5)T3:=T2[T1] (6)T4:=T1 (8)T6:=T5[T4] (9)T7:=T3*T6 (10)P:=P+T7 (11)I:=I+1 (3‘)T1:=T1+4 (12)if I<=20 goto(5)
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例子
(1) read a (2) read b (3) r:=a mod b (4) if r=0 goto (8) (5) a:= b (6) b:= r (7) goto (3) (8) write b (9) halt
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B1
B2
B3
B4
二、程序控制流程图（流图）
定义：以基本块为结点，控制程序流向作 为有向边，画出的有向图称为流图。 特点： 具有唯一首结点的有向图； 从首结点开始到流图中任何结点都有通路。
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四元式对应的DAG结点形式

按其四元式对应结点的后继个数分成四种类 型：0型、1型、2型、3型。
0型： 1型： 2型：
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例子：构造以下基本块的DAG
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) T0:=3.14 T1:=2*T0 T2:=R+r A:=T1*T2 B:=A T3:=2*T0 T4:=R+r T5:=T3*T4 T6:=R-r B:=T5*T6
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查找循环算法




(1)找出回边nd； (2)则n、d必定属于nd回边组成的循环L中， L:={n,d} (3)若n≠ d且n的父节点n’不在L中，则将它添 加L中，L:=L∪ {n’} (4)对(3)求出的父节点n重复(3)，直至不再有 新节点加入为止。
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四、循环优化


在找出了程序流图中的循环之后，就可以针 对每个循环进行优化工作。 循环优化的三种重要技术： 1. 代码外提 2. 删除归纳变量 3. 强度削弱
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例：试对基本块P (1)应用DAG进行优化， (2) 假定只有R、H在基本块出口是活跃的, 写出优化后的四元式序列。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S0:=2 S1:=3/S0 S2:=T - C S3:=T + C n6 / n7
H
*
R , H , S6
R:=S0/S3
H:=R S4:=3/S1 S5:=T + C S6:=S4/S5
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用例子初步理解优化措施
P:=0 for I:=1 to 20 do P:=P+A[I]*B[I]
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(1) P:=0 (2) I:=1
1.删除多余运算 (3) T1:=4*I (删除公共子表达式) (4) T2:=addr(A)-4 对于两个相同的表 (5) T3:=T2[T1] (6) T4:=4*I T4:=T1 达式计算，若它的 计算结果相同，则 (7) T5:=addr(B)-4 没必要重复的生成 (8) T6:=T5[T4] 两条运算指令。 (9) T7:=T3*T6 (10) P:=P+T7 (11) I:=I+1 (12) if I<=20 goto(3)
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根据基本块的定义，它是一个按顺序执 行的代码序列，而且只能从它的唯一入口进 入，从其唯一的出口退出，期间不发生任何 分叉。 任何控制转移四元式 所转向的目标语句 出口语句 入口语句
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入口语句
1. 程序的第一个语句；或者， 2. 条件转移语句或无条件转移语句的转 移目标语句；或者 3. 紧跟在条件转移语句后面的语句。
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划分基本块的步骤
1、求四元式序列中各个基本块的入口语句。 2、对每一入口语句，构造所属的基本块，该基本块 由： （1）该入口语句到下一入口语句（不包括下一入口 语句）之间的语句序列组成；或， （2）该入口语句到一转移语句（包括该转移语句） 之间的语句序列组成；或， （3）该入口语句到一停语句（包括该停语句）之间 的语句序列组成。 3、凡是未包含在某一基本块中的语句，都是程序中 控制流程不可达的语句，可删除它们。
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例子：构造以下程序的流图
(1) read a (2) read b (3) r:=a mod b (4) if r=0 goto (8) (5) a:= b (6) b:= r (7) goto (3) (8) write b (9) halt
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B1
B1
B2
B2
B3
B3 B4
B4
§10.2 局部优化
1 2
3
图中的回边有： 66，74，42
6
4
5 7
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查找循环算法

每一条回边构成一个循环： 设nd是回边，则该回边构成的循环 包括下列结点： n、d以及不经过d能到达n的所有结点。
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1 2 4 6 7
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回边42 循环={4 , 2 , 3 , 7 , 5 , 6} 3 回边74 循环={7，4，5，6} 回边66 循环={6}
S0:=2 S4:=2 S1:=1.5 S2:=T - C
S2:=T - C
S3:=T + C R:=2/S3
S3:=T + C
S5:=S3 R:=2/S3 S6:=R H:=R*S2
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H:=R*S2
§10.3 循环优化
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循环就是程序中那些可能反复执行的代码序 列。因为循环中的代码要反复执行，所以必 须着重考虑循环的代码优化。 首先要找出程序中的循环，这就需要对程序 的控制流程进行分析。 使用控制流程图对循环给出定义。
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(3) 删除无用赋值 如果某变量被赋值之后，随后又被赋新 值，那么可删除对变量的前一个赋值。
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由DAG生成优化后的代码序列
(1) T0:=3.14 n8 B * n6 A,T5 * T2,T4 n7 T6 n5 + T1,T3 n2 6.28 n3 R n4 r (2) T1:=6.28 (3) T3:=6.28 (4) T2:=R+r (5) T4:=T2
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基本块的DAG表示

优化中用到的有向图是一种结点带有下述标 记或附加信息的DGA: (1) 图的叶结点以一标识符或常数做标记， 表示该结点代表该变量或常数的值。 (2) 图的内部结点以一运算符作为标记； (3) 图中各个结点上可能附加一个或多个标 识符，表示这些标识符具有该结点所代表 的值，简称附标。
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局部优化是指基本块内的优化。 对于一个给定的程序，可以把它划分为一系 列的基本块。在各个基本块内分别进行优化。
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一、局部优化种类
在一个基本块内，可以进行合并已知量、 删除公共子表达式和删除无用赋值三种优化 措施。 合并已知量是 删除公共子表 变量 A被定值 指在编译时就对 达式就是使基本 后不再被引用或 表达式中能计算 块内相同的子表 未经引用又发生 的部分先计算， 达式只计算一次， 了对 A的第二次 并用该值替换这 把重复计算的表 定值，则前一定 部分表达式，而 达式删去，从而 值为无用赋值， 不必生成相应的 避免多余的运算。 应删掉。 代码。
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(1)P:=0 (2)I:=1 (4)T2:=addr(A)-4 (7)T5:=addr(B)-4 (3)T1:=4*I (5)T3:=T2[T1] (6)T4:=T1 (8)T6:=T5[T4] (9)T7:=T3*T6 (10)P:=P+T7 (11)I:=I+1 (12)if I<=20 goto(3)
S3,S5 n5 + n0 S0 ,S4 n1 2 1.5 S1 n2 T
n4 S2
n3 C
H:=S6*S2
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