编译原理(11)

8
9
B2
T6:=T5[T1]
T7:=T3*T6 T1=T1+4
B2
10 P:=P+T7 3‘ 12 If T1<=80 goto (5)
经过优化以后执行效率大大提高
12
11.2 局部优化
局部优化是指基本块内的优化。

基本块定义：
1. 2. 3. 指程序中一顺序执行的语句序列; 只有一个入口语句和一个出口语句。 执行时只能从入口语句进入，从出口语句退出。
2.
代码外提
此优化的目的在于减少循环中代码总数。 把循环中不变运算，即其结果独立于循环执行次数的表达 式，提到循环外（前面）。 使之只在循环外计算一次。 将（4）和（7）提到循环外
6
经过删除公共子表达式和外提代码后的中间代码
1 2 P：=0 I：=1
B1
4
7
虽然仍然是12行中间代码 存贮空间没有省。
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用 DAG 进行基本块的优化
四元式
0型： A:=B(:=,B, —,A)
DAG结点
n1 n1
A
B
n2 n2 A
1型:
A:=op B(op,B, —,A)
op n1 n1 B
n3
A op n1 n1 B
n2 n2
2型: A:=B
op C(op, B, C,A)
C
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用 DAG 进行基本块的优化
范围
依据优化所涉及的程序范围，优化可分为局部优化、循环优化和全 局优化。
3
11.1 优化技术简介
局部优化：指的是在只有一个入口、一个出口的基本程序块上进行的优 化。（基本块优化，通过DAG图优化。）
循环优化：是对循环中的代码进行优化。（依据控制流，循环中代码优 化，包括代码外提和强度消弱等。）
2
2. 知识要点
11.1 优化技术简介
定义
所谓优化，实质上是对代码进行等价变换，使得变换后的代码运行 结果与变换前代码运行结果相同，而运行速度加大或占用存贮空间 减少。 优化可在编译的不同阶段进行，对同一阶段，涉及的程序范围也有 所不同，在同一范围内，可进行多种优化。
阶段
优化工作阶段可在中间代码生成后或目标代码生成后进行。对中间 代码优化相对要简单（与机器无关的优化）；对目标代码优化相对 要复杂，因为目标代码是针对具体计算机的（依赖计算机的优化）。
T4:=T1
T6:=T5[T4] T7:=T3*T6 P:=P+T7 I:=I+1 T1=T1+4 If I<=20 goto (5)
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B2
4.
变换循环控制条件
中间代码中，I和T1始终保持T1＝4*I的线性关系； 把四元式（12）的循环控制条件I≤20变换成T1≤80， 这样整个程序的运行结果不变。 这种变换称为变换循环控制条件。 变换后，循环中I的值在循环后不会被引用，四元式 （11）成为多余运算，可以从循环中删除。 变换循环控制条件可以达到代码优化的目的。
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6. 删除无用赋值
（6）对T4赋值，但T4未被引用； （2）和（11）对I赋值，但只有（11）引用I。
（6），（2）和（11）对程序的运行结果无任何作用。
我们称之为无用赋值，无用赋值可以从程序中删除。
11
中间代码
1
1 2 P：=0 I：=1
P：=0
T2:=addr(A)-4 T5:=addr(B)-4 T1：=4
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3.
程序的控制流图 把一个程序划分成若干基本块后，可以按 照程序的执行过程用有向边把基本块连接 起来，这就构成了程序的控制流图。 流图是一个具有唯一首结点的有向图。 流图G可以表示为：G=（N，E，n0）。
1. N是流图的所有的结点的集合，流图中的结点 就是基本块； 2. n0是流图的首结点； 3. E是流图的所有的有向边组成的集合。
3.
4.
如果当前四元式是1型，则转2(1）。
如果当前四元式是2型，则：如果NODE(1)无定义，则构造一标 记为C的叶结点并定义NODE(1) 为这个结点；转2 (2)
将DAG定义为一个特殊的数据结构:在其中存放着DAG的各个结点信息,包括
每个结点的标注信息(常数或者运算符)和附加信息(变量名称)。


一个基本块，可用一个DAG来表示。
各种四元式及相对应的DAG的结点形式。 图中ni为结点编号，结点下面的符号（运算符、标 识符或常数）是各结点的标记;
n1 n1
A
B
n2 n2 A

各结点右边的标识符是结点的附加标识符。
各种形式的四元式按其对应结点的后继个数分为四类。 a. 0个后继结点的四元式称为0型; b. 1个后继结点的四元式称为1型； c. 2个后继结点的四元式称为2型； d. 3个后继结点的四元式称为3型。
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例题：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Read(limit) I:=1 If I>limit goto(11) Read(j) If I=1 goto(8) Sum:=sum+j Goto(9) Sum:=j I:=I+1 Goto(3) Write(sum)
上述程序中，入口语句分别为1、3、4、6、 8、9、11。 该程序共有7个基本块。 其中语句1、2为1块； 3语句为2块； 4、5语句为3块； 6、7语句为4块； 8语句为5块； 9、10语句为6块； 11语句为7块。 根据执行过程可以构成控制流图如下：
B1
B1
4 7 3
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
T1:=4*I T2:=addr(A)-4 T3:=T2[T1] T4:=4*I T5:=addr(B)-4 T6:=T5[T4] T7:=T3*T6 P:=P+T7 I:=I+1 If I<=20 goto (3)
5
T3:=T2[T1]

对于一个给定程序，可以划分出一系列基本块。
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11.2 局部优化
基本块划分： 入口语句：
1. 2. 3. 程序的第一个语句； 或者，条件转移语句或无条件转移语句的转移目标语句； 或者，紧跟在条件转移语句后面的语句。

基本块划分算法：
1. 2. 求出各个入口语句； 对每个入口语句，构造其所属的基本块。即由该入口语句 到下一个入口语句（不包含该语句），或到一转移语句 （包含该语句），或到一停语句（包含该语句）之间的语 句序列组成。 凡是未被纳入某个基本块中的语句，都是程序控制流程中 无法到达的语句，也是不会被执行的语句，因此，可以删 除掉。
如果有向图中任一个通路都不是环路，则称该有向图为无环 路有向图。简称DAG。
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基本块的DAG表示
DAG图中的结点带有标记或者附加信息。
图的叶节点：即无后继的节点，以一标识符（变量名）或常数作为标记， 表示该节点代表该变量或常数。
图的内部节点：即有后继的节点，以一运算符作为标记，表示该节点代 表应用该运算符对其后继节点所代表的值进行运算的结果。 图中各个节点上可能附加一个或多个标识符，表示这些变量具有该节 点所代表的值。 DAG可以用来描述计算过程。 一个基本块，可用一个DAG来表示
9
5.
合并已知量和复写传播
四元式（3）计算4*I时，I必为1。 4*I的两个运算对象都是编码时的已知量，可在编译时计算 出它的值，即四元式（3）可变为T1＝4，这种变换称为合 并已知量。 四元式(6)把T1的值复写到T4中，四元式（8）要引用T4的 值，而从四元式（6）到四元式（8）之间未改变T4和T1的 值，则将四元式（8）改为T6∶=T5[T1]， 这种变换称为复写传播.复写传播之后运算结果保持不变。
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基本块的DAG构造算法

第二步骤， 1. 如果NODE(B)是标记为常数的叶结点 ，则转2(3)，否 则转3（1）。 2. 如果NODE(B)和NODE(C)都是标记为常数的叶结点，则 转2（4），否则转3（2）。 3. 执行op B（即合并已知量），令得到的新常数为P。 如果NODE(B)是处理当前四元式时新构造出来的结点， 则删除它。如果NODE(P)无定义，则构造一用P做标记 的叶结点n。置NODE(P)=n，转4。 4. 执行B op C（即合并已知量），令得到的新常数为P。 如果NODE(B)或NODE(C)是处理当前四元式时新构造出 来的结点，则删除它。如果NODE(P)无定义，则构造 一用P做标记的叶结点n。置NODE(P)=n，转4。
2
3 4 5
I：=1
T1:=4*I T2:=addr(A)-4 T3:=T2[T1]
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对源程序编译后得到中间代码 中间代码由B1和B2两部分组成 B2为循环部分。 对中间代码可以进行相应优化。
T4:=4*I
T5:=addr(B)-4 T6:=T5[T4]
B2
7 8
9
10 11 12
T7:=T3*T6
全局优化：是整个程序范围内进行优化。（依据数据流，大范围的优化， 主要分析变量的定值点和引用点。）
源代码
前段
中间代码
代码生成
目标代码
无论在哪个阶段进行优化都 可以通过上述三个方式实现。
中间代码优化
目标代码优化
编译的优化工作阶段
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优化技术举例（中间代码优化）
源程序
中间代码 B1
1
P：=0
P：=0 for I：=1 to 20 do P：=P+A[I]*B[I]；
1 2 3 7 4 5 6
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基本块的DAG表示
一个有向图中有n个节点。对于任意一个有向边ni→nj，ni为 前驱（父节点），nj为后继（子节点）。 对于任意一个有向边序列，n1→n2、 n2→n3、„..、 nk1→nk ，称为从节点n1到nk的的一条通路。如果n1=nk ，则称 该通路为环路。