第11章 代码优化

基本块类似程序中的函数，软件 工程中的模块。 基本块的特点是其中的代码要么全 执行,要么全不执行,不能在中途转出, 也不能从中间转入。
基本块的划分方法： 1. 把第一个四元式作为第一个基本块的入 口四元式。
第一个四元式 ……
2. 当遇标号性四元式时，结束当前块，并作 为新块的入口四元式。
标号性四元式
2
1 3 3 1 4 4
多边扫描公共表达式节省算法：
设新老变量名表为ML,每当一个四元 式被节省时要填写ML表。 1.置ML表为空,令所有量均无编码,i:=i0. 2.若QT[i]的OPR1或OPR2∈ML,则用ML中的 老名代替OPR1或OPR2. （使用新老变量名表ML） 3.若QT[i]为非考虑类,则转8.（处理下一四元式） 4.对QT[i]中的三个变量进行编码. 5.若QT[i].ω=“=:”,则转8.
例:设有程序段： D:=D+C*B; A:=D+C*B; C:=D+C*B;
问:是否可以写成下面的程序? T:=D+C*B; D:= T; A:= T; C:= T;
它的四元式所构成的基本块为： 1．(*，C, B, T1) C*B 2．(+, D, T1, T2) D+C*B 3．(=:,T2,—, D ) D:=D+C*B 4．(*, C, B, T3) C*B 5．(+, D, T3, T4) D+C*B 6．(=:,T4,—, A ) A:=D+C*B 7．(*, C, B, T5) C*B 8．(+, D, T5, T6) D+C*B 9．(=: T6,—, C ) C:=D+C*B
公共表达式节省是通过四元式的节省 来实现的。目前已提出多种实现方法，其 中包括：值编码法，依赖数法，逻辑尺法， DAG法等。
值编码方法： 按一定规则给四元式中的每个变量进 行编码,使得具有相同编码的变量具有相 同值。判定两个四元式是否等价的方法是 看其分量的编码是否分别相同。
判断四元式等价的关键是判断两个变量的 值是否等价。使问题复杂化的主要因素是间接 变量的存在。 间接变量:引用型形参变量 存复合变量地址的临时变量
标号性四元式
X+1 X:=X+1 Y-1 Y:=Y-1 A<B
转移性四元式 转移性四元式 标号性四元式
Z:=0
程序图如下:
B1 B2
B3
B5
B4
B6
B7
11.3 常表达式节省 常表达式节省也叫合并常数。它 的优化范围通常取基本块。 优化工作可在生成四元式的同时 进行，也可在生成四元式后进行。前 一种方法叫单遍扫描法，而后一种叫 多遍扫描法。
X+1 X:=X+1 Y-1 Y:=Y-1 A<B
Z:=0
相应四元式代码的分块情况如下：
B1: (=:， 1 ，—， Y ) B2: (label，—，—，100) (>， A， B， T1) (then，T1，—，—) B3: (=：， 0， —， X ) (else，—，—， —) B4: (=：， 0 ， —，Y ) Y:=1
标号性四元式
A>B
转移性四元式
X:=0
转移性四元式
Y:=0
B5: ( ifend，—，—，—) ( +, X ， 1， T2 ) ( =:, T2， —，X ) ( —, Y ， 1 ， T3 ) ( =:, T3, —, Y ) ( < , A , B , T4 ) ( then, T4, —, — ) B6: ( goto, —，—，100 ) B7: ( ifend, —, —, — ) ( =: 0 ， —， Z )
4. 如果QT[i].OPRj(j=1,2)都是常数,则计算结 果,填VVL表,并删除四元式QT[i]: ENTRY(QT[i].RESU, cons) (填写表中值) QT[i]:=(＄, －, －, －) (四元式节省)
转向6.其中ENTRY是填写VVL表的子程序, cons表示计算结果的CONSL表地址.若有同名 项,则只改内容. 5.若QT[i].ω≠“:=”则转向6;否则 (赋值语句) (a)若QT[i].OPR1是常数,则填VVL表: ENTRY(QT[i].RESU, QT[i].OPR1) (b)若QT[i].OPR1是非常数,则删VVL表: DELET(QT[i].RESU) 其中DELET(X)表示从VVL表删去包含X名字 的项,如果没有那种项,则什么也不做.
合并后的 ($,-,-,-) (=:,7,-,i) ($,-,-,-) (=:,10,-,j) ($,-,-,-) ($,-,-,-) (=:,24,-,k) ($,-,-,-) ($,-,-,-) (+,94,m,T7) (=,T7,-,l)
VVL表 1.(T1,7) 2.(i,7) 3.(T2,10) 4.(j,10) 5.(T3,14) 6.(T4,24) 7.(k,24) 8.(T5,70) 9.(T6,94)
A±0 处理为A A/1 处理为A 0/A 处理为0 等等。 3.合并符号:(-X)*(-Y)处理为X*Y 4.用乘法代替指数运算: A**2 处理为A*A A**3 处理为A*A*A 等。
11.2 基本块
基本块可定义于原代码,中间代码, 也可定义于目标代码。 关于目标代码的基本块的定义是： 说一个目标代码是基本块,当且仅当该 段只有一个入口和一个出口。 定义于原代码,中间代码的基本块 定义类似。
例：(下边四元式中没有间接变量) X:=1 Z:=X*Y X:=1 W:=X*Y 得到的四元式如下：
四 元 式 1.(=：,1,-,X) 2.(*, X，Y,T1) 3.(=:, T1,-,Z) 4.(=:, 1，-,X) 5.(*, X, Y,T2) 6.(=:, T2,-,W)
编
码 2
1 1 3 1 1 4
3.对操作数B类似步骤2。 4.对于C的处理过程是： a) (=:, A, -, C)情况 IF direct(C) THEN n(C):=n(A) ELSE n(C):=# b) ([ ],A,B,C),(· ,A,B,C)情况 n(C):=# c) 其他情况： IF n(A)=# ∨ n(B)=# THEN n(C):=# ELSE n(C):=newn
转移性的四元式有：
( goto， —， —， l ) ( then， B， —， — ) ( else， —， —， — ) ( whend，—， —， — ) ( call， g， —， — ) ( call， f， —， T ) 等。
例子：设有一程序段 Y:=1； 100：if A>B then X:=0 else Y:=0; X:=X+1； Y:=Y-1； if A<B then goto 100； Z:=0；
第11章 代码优化
11.1 代码优化种类
从代码的范围上分为 :
局部优化
全局优化
主要的局部优化有基本块上的优化 和循环上的优化。
基本块上的优化主要有常表达式节 省(合并常数)、公共表达式节省(消除 多余运算)。
循环上的优化主要有不变表达式外 提和削减运算强度。
除了这些较典型的优化外还有: 1.消除无用赋值。 2.删除无用的0和1： A*1 处理为A A*0 处理为0
其中四元式1，4，7的运算符、OPR1、 OPR2均相等，所以可以用T1代替T3、T5。
1．(*，C, B, 2．(+, D, T1, 3．(=:,T2,—, 4．( 5．(+, D, T1, 6．(=:,T4,—, 7．( 8．(+, D, T1, 9．(=: T6,—, T1) T2) D ) ) T4) A ) ) T6) C )
11.4 公共表达式节省
公共表达式节省的范围是一个基本块。 如果两个四元式的ω和OPR1及OPR2的值分 别相同,则称这两个四元式等价。如果在 基本块中出现多个等价四元式,则除了第 一个外其他的均可节省。
公共表达式节省工作是通过四元式
的节省来实现的。实现四元式节省的关键 是判别两个四元式是否等价。
C*B D+C*B D:=D+C*B
Hale Waihona Puke 被省略D+C*B A:=D+C*B
被省略
D+C*B C:=D+C*B
其中四元式2,5,8的运算符、OPR1、OPR2 均相等 但5、8中的D与2中的不同所以不可以 用T2代替T4、T6。 四元式5和8相同因此四元式8对5是多 余的。
经优化后可得到下列四元式代码： 1．(*, C, B，T1) 2．(+, D, T1，T2) 3．(=:,T2,—，D) 4．( )被省略 5．(+, D, T1，T3) 6．(=, T3,—,A) 7． ( )被省略 8． ( )被省略 9．( =:,T3,—,C)
……
3. 当遇转移性四元式时，结束当前块，并作为 当前块的出口四元式。他们的后继四元式作为 新的入口四元式。
转移性四元式 ……
4. 当遇形如(=:, A , —, X)的赋值四元式(其中X为 引用形参)时，结束当前块，并作为该块的出口 四元式。
含引用形参 赋值四元式 ……
标号性的四元式有： ( label，—，—， l ) ( while，—，—， — ) ( proc， q，Noff，Moff ) ( func， f，Noff，Moff ) ( ifend，—，—， — ) 等。
为了判断一个变量是否依赖于间接变量,引 进编码 # ,首先使间接变量取编码#; 其次,假设 (ω, A , B , C) 且A , B 中有一个编码取#,则令C的 编码取#。如果四元式有一分量的编码为#,则该 四元式就不可节省。
设当前四元式为(ω, A, B, C)，且用 newn表示新的编码值。 值编码规则： 1.开始对一切X,令n(X)=0,以表示未 编过码。 2.若操作数A是未编过码的并且是非 间接变量，则给新的编码（否则给老的编 码） IF indirect(A) THEN N(A):=# ELSE IF n(A)=0 THEN n(A)=newn