编译原理优化
编译原理代码优化
(3) (+ R r t2 ) (4) (/ 6.28 t2 t3 ) (5) (= t3 _ A )
t4≡t1 t5≡t2 t6≡t3 B 没有引用！ (9) (- R r t7 ) (10) (* t3 t7 t8 ) (11) (= t8 _ B )
※ 基本块内四元式的局部优化过程示例 优化的基本内容和方法：
※ 局部优化算法是以基本块为单位进行的，基本块 也是目标代码生成的基本单位。
【定义】基本块是程序中一段顺序执行的语 句序列，其中只有一个入口和一个出口。
基本块划分算法： 1．确定基本块的入口语句，它们是： (1) 程序的第一个语句或转向语句转移到的语句； (2) 紧跟在转向语句后面的语句。 2．确定基本块的出口语句，它们是： (1) 下一个入口语句的前导语句； (2) 转向语句(包括转向语句本身)； (3) 停语句(包括停语句本身)；
【开始】按结点编码顺序，依次读取每一结点 n1 信息： (1) 若 n1 为带有附加标记的叶结点： • 若 Ai 为非临时变量，则 生成： q1: Ai=B (i=1,2,…)
(2) 若 n1 为带有附加标记的非叶结点： ① 生成 q1: A=BC 或生成 q1: A=B ② 若Ai为非临时变量，则生成： q2: Ai=A (i=1,2,…) n1 B|A1,A2,… n1 A|A1,A2,… ni B|… nj C|… 以主标记 参加运算
删除 无用 赋值
常值 表达 式节 省
8.2.3 基于DAG的局部优化方法
(3) 若其它表达式 A = B C 或 A = B; ① 若在 n1 存在公共表达式: BC 或 B
n1 …
ni …B… nj …C…
则把A附加于n1上：
编译原理课件 第八章 代码优化
计算机学院 辛明影
R=10; Pi=3.14
一个给定的程序，可以把 它划分为一系列的基本块
计算机学院
辛明影
删除无用赋值后
i=m-1 j=n t1=4*n v=a[t1]
B1
i=i+1 B2 t2=4*i t3=a[t2] if t3<v goto B2 j=j-1 B3 t4=4*j t5=a[t4] if t5<v goto B3 if i>=j goto B6 B4 B5 B6
a[t2]=t5 a[t4]=t3 goto B2
计算机学院 辛明影
中 间 代 码
① read x ② read y ③ r=x mod y ④ if r=0 goto ⑧ ⑤ x=y ⑥ y=r ⑦ goto ③ ⑧ write y ⑨ end
计算机学院
辛明影
入口语句： 入口语句： ① 、③、⑤、⑧ 基本块： 基本块： ①、②; ③、④；⑤、⑥、⑦； 、⑨； ⑧ 基本块内除可用： 基本块内除可用：删除公共子表达式 复写传播 删除无用赋值 还可用下面的变换： 还可用下面的变换：
2。临时变量改名 1。合并已知量 3。交换语句的位置 4。代数变换 代数变换
计算机学院 辛明影
二、程序流图 程序流图为一以基本块为结点的有向图； 含有程序中第一条语句的结点叫作首结点 含有程序中第一条语句的结点叫作首结点 程序流图构造方法： 程序流图构造方法： 条件或无条件语句从B1转到B2 B1转到 1。条件或无条件语句从B1转到B2 B2紧跟在B1后面 紧跟在B1后面（ B1最后语句 2。B2紧跟在B1后面（且B1最后语句 不是无条件转移语句） 不是无条件转移语句） 此时称B2为 的后继 的后继， 为 的前驱 此时称 为B1的后继，B1为B2的前驱
编译原理与优化技术
编译原理与优化技术编译原理和优化技术是计算机科学中的两个核心领域，它们对于程序的性能和效率有着重要的影响。
在本文中，我们将探讨编译原理与优化技术的相关概念、原理和应用。
一、编译原理概述编译原理是研究如何将高级程序语言翻译成为机器语言的科学。
编译器是实现这一任务的工具，它能够将程序源代码翻译成为可执行的目标代码，并具备不同的优化策略。
编译原理主要包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成等多个阶段。
词法分析的目的是将源代码分解成为有意义的单词或符号，例如标识符、关键字、数值等。
语法分析则将这些单词或符号组织成为语法正确的结构，通过构建语法树来表示程序的结构。
语义分析阶段是在语法树的基础上，进一步检查程序的语义是否合理，例如变量是否被声明、运算是否合法等。
中间代码生成阶段将语法树转换为中间表示形式，以便进行后续的优化和目标代码生成。
代码优化是编译器的一个重要任务，它通过对程序进行静态分析，找到可以改进程序性能的机会，并对代码进行重构和改进。
目标代码生成将中间表示形式转化为机器代码，使程序最终能够在计算机上执行。
二、常见的优化技术1. 代码优化代码优化是编译器中最关键的一环，它能够对程序进行静态分析，发现性能瓶颈，并进行相应的改进。
常见的代码优化技术包括常量传播、循环展开、死代码删除、公共子表达式消除等。
通过这些技术，编译器可以将性能较差的代码转化为更加高效的形式，从而提升程序的执行速度。
2. 数据流分析数据流分析是一种通过分析程序中数据的变化情况来推测程序行为的技术。
在优化阶段，编译器可以进行数据流分析，以识别和消除无用的数据流、死代码和冗余计算。
通过数据流分析，编译器可以更好地理解程序的行为，并对其进行优化。
3. 并行化技术并行化技术是为了提高程序执行效率而将程序分解为可以并行执行的子任务的过程。
编译器可以通过并行化技术将串行的程序转化为并行的程序，从而充分利用多核处理器的性能。
编译原理优化编译器的基本原理与方法
编译原理优化编译器的基本原理与方法编译原理优化编译器是计算机科学中的一个重要研究领域，旨在通过优化编译器的设计和实现，提高程序的执行效率和性能。
本文将介绍编译原理优化编译器的基本原理与方法，从静态分析、代码优化和代码生成三个方面进行论述。
一、静态分析静态分析是编译原理优化编译器的核心技术之一，其目的是对程序进行静态分析，获取程序的关键信息，为后续的优化过程提供依据。
在静态分析中常用的方法包括符号表、控制流图、数据流分析等。
1. 符号表符号表是编译过程中记录程序中标识符信息的数据结构。
通过对程序的符号表进行分析，可以获取程序中变量的类型、作用域等信息，为后续的优化过程提供依据。
2. 控制流图控制流图描述程序中的控制流转换关系，对于提高程序性能和理解程序结构都具有重要作用。
通过对程序的控制流图进行静态分析，可以识别循环、条件语句等特点，为后续的优化过程提供依据。
3. 数据流分析数据流分析是一种静态分析方法，用于分析程序中变量的值和变量之间的依赖关系。
通过对程序的数据流分析，可以识别出未使用的变量、常量传递等问题，为后续的优化过程提供依据。
二、代码优化代码优化是编译原理优化编译器的关键步骤，其目的是通过对程序代码的优化，提高程序的执行效率和性能。
在代码优化中常用的方法包括常量折叠、公共子表达式消除、循环展开等。
1. 常量折叠常量折叠是一种代码优化技术，通过将程序中的常量表达式计算出结果，减少运行时的计算量，从而提高程序的执行效率。
2. 公共子表达式消除公共子表达式是指在程序中多次出现的相同表达式。
通过识别和消除公共子表达式，可以减少重复计算，提高程序的执行效率。
3. 循环展开循环展开是一种代码优化技术，通过将循环体中的代码重复展开多次，减少循环的迭代次数，从而提高程序的执行效率。
三、代码生成代码生成是编译原理优化编译器的最后一步，其目的是将经过优化的中间代码转换为目标机器代码。
在代码生成中常用的方法包括指令选择、寄存器分配等。
编译原理教程05代码优化
可能会增加代码大小，增加编译时间 和内存占用。
优点
减少函数调用的开销，提高代码执行 效率。
使用场景
对于小函数且被频繁调用的情况，使 用内联优化可以获得更好的性能。
死代码删除
定义
死代码删除是指删除程序中永远不会被执行到的代码，以提高代码的执行效率。
优点
减少代码大小，提高程序执行效率。
缺点
可能导致程序行为发生变化，需要谨慎使用。
使用场景
在编译过程中进行静态分析，识别并删除无用的代码。
循环展开
定义
优点
循环展开是一种优化技术， 通过将循环体中的代码复制 到循环外部，减少循环次数， 提高代码执行效率。
减少循环次数，提高代码执 行效率。
Байду номын сангаас缺点
可能会增加代码大小，增加 编译时间和内存占用。
使用场景
对于循环次数较少且循环体 内有大量计算的场景，使用 循环展开可以获得更好的性 能。
编译器可以识别并替换常量表达式的结果， 以减少计算需求。
死代码消除
移除永远不会被执行到的代码，减少生成的 代码大小。
寄存器分配
优化寄存器的使用，提高指令的执行效率。
全局优化
循环展开
通过重复执行循环体来减少循环次数，提高执 行效率。
循环不变量代码外提
将循环不变量代码移出循环，减少循环内的计 算负担。
可以分为速度优化和空间优化。速度优化以提高执行速度为目标，而空
间优化则以减小目标代码的体积为目标。
03
按照优化手段分类
可以分为基于规则的优化和基于程序的优化。基于规则的优化是指根据
一些固定的规则对代码进行优化，而基于程序的优化则是指根据程序的
编译原理：第十章 优化
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
v:=a[T1]
T2]
B2
if T3<v goto B2
10.1 概述
• 优化的三个不同级别：
• 局部优化 • 循环优化
• 全局优化
• 优化的种类：
• 删除多余运算(或称删除公用子表达式) • 代码外提 • 强度消弱 • 变换循环控制条件 • 合并已知量 • 复写传播 • 删除无用赋值
void quicksort (m, n); int m, n;
{ int i, j; int v, x; if (n<=m) return; /* fragment begins here*/ i=m-1; j=n; v=a [n]; while (1) { do i=i+1; while (a [i]<v); do j=j-1; while (a [j]>v); if (i>=j) break; x=a [i]; a[i]=a [j]; a[j]=x; }
if T5>v goto B3
if i>=j goto B6 B4
T6:= T2 x:=T3 T7:= T2 T8:= T4 T9:=T5 a [T2]=T5 T10:= T4 a [T4]= T3 goto B2
B5
T11:= T2 x:=T3
T12:= T2
T13:= T1
T14:= v
a [T2]=v
T4:=4*j
T2:= T2+4
编译原理与优化方法
编译原理与优化方法编译原理和优化方法是计算机科学中重要的课题之一，它们对于提高程序的执行效率和减少资源消耗具有关键作用。
在本文中，将对编译原理和优化方法进行详细的探讨和解析，以加深对这一领域的理解。
一、编译原理编译原理是指将高级程序语言翻译成底层语言的过程。
它主要包括以下几个阶段：1. 词法分析：将程序代码分解为一个个词法单元，如标识符、保留字、运算符等。
2. 语法分析：根据语法规则将词法单元组织成语法树，以表示程序的结构和语法关系。
3. 语义分析：对语法树进行语义检查，保证程序在执行过程中没有逻辑错误。
4. 中间代码生成：将语法树转换为中间代码，便于后续优化和目标代码生成。
5. 代码优化：对中间代码进行优化，以提高程序的执行效率和减少资源消耗。
6. 目标代码生成：将中间代码转换为可执行的机器代码。
编译原理的核心目标是将高级语言翻译成底层语言，并通过代码优化提高程序的性能。
二、优化方法优化方法是指通过对程序的代码和算法进行改进，以提高程序的执行效率和资源利用率。
常见的优化方法包括：1. 循环优化：对程序中的循环结构进行分析和改进，如循环展开、循环合并等，以减少循环的执行次数和提高循环的并行度。
2. 数据流分析：通过对程序中的数据流进行分析，确定程序中的冗余计算和不必要的数据传递，以减少计算和数据传输的开销。
3. 内存优化：通过对程序的内存访问模式进行分析和改进，减少内存的访问次数和提高缓存的命中率，从而提高程序的运行速度。
4. 并行化优化：通过将程序中的任务并行执行，以提高程序的执行效率和资源利用率。
常见的并行化技术包括指令级并行、线程级并行和进程级并行等。
5. 算法优化：通过改进程序中的算法，以减少算法复杂度和提高算法效率。
6. 代码生成优化：通过优化目标代码的生成过程，减少不必要的指令和数据传输，以提高程序的执行效率。
优化方法的选择和实施需要根据具体的应用场景和需求进行，以取得最好的优化效果。
编译原理 第十章 代码优化
第十章代码优化某些编译程序在中间代码或目标代码生成之后要对生成的代码进行优化。
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储空间少，或两者都有。
优化可在编译的不同阶段进行，对同一阶段，涉及的程序范围也不同，在同一范围内，可进行多种优化。
一般，优化工作阶段可在中间代码生成之后和（或）目标代码生成之后进行。
中间代码的优化是对中间代码进行等价变换。
目标代码的优化是在目标代码生成之后进行的，因为生成的目标代码对应于具体的计算机，因此，这一类优化在很大程度上依赖于具体的机器，我们不做详细讨论。
另外依据优化所涉及的程序范围，又可分为局部优化、循环优化和全局优化三个不同的级别。
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。
循环优化对循环中的代码进行的优化。
全局优化是在整个程序范围内进行的优化。
本章重点：局部优化基本块的DAG表示第一节优化技术简介为了说明问题，我们来看下面这个例子，源程序是：P :=0For I :=1 to 20 doP :=P+A[I]*B[I];经过编译得到的中间代码如图10-1-1所示，这个程序段由B1和B2两个部分组成，B2是一个循环，假定机器按字节编址。
那么，对于这个中间代码段，可进行如下这些优化。
1、删除多余运算（删除公共子表达式）优化的目的在于使目标代码执行速度较快。
图10-1-1中间代码（3）和（6）中都有4＊I的运算，而从（3）到（6）没有对I赋值，显然，两次计算机的值是相等的。
所以，（6）的运算是多余的。
我们可以把（6）变换成：T4 :=T1。
这种优化称为删除多余运算或称为删除公共子表达式。
2、代码外提减少循环中代码总数的一个重要办法是代码外提。
这种变换把循环不变运算，即其结果独立于循环执行次数的表达式，提到循环的前面。
使之只在循环外计算一次，上例中，我们可以把（4）和（7）提到循环外。
经过删除多余运算和代码外提后，代码变成图10-1-2。
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v:=a[T1]
B1
i:=i+1
T2:=4*i T3:=a[T2]
B2
if T3<v goto B2
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
if T5>v goto B3
if i>=j goto B6 B4
T6:=4*i x:=a[T6] T7:=4*i T8:=4*j T9:=a [T8] a[T7]=T9 T10:= 4*j a[T10]=x goto B2
a[T12]=T14
T15:= T13
a[T15]=x
复写传播后
19
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
v:=a[T1]
B1
i:=i+1
T2:=4*i T3:=a[T2]
B2
if T3<v goto B2
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
if T5>v goto B3
if i>=j goto B6 B4
合算原则
应尽可能以较低的代价取得较好的优化效果
6
10.1 概述
优化的三个不同级别
局部优化 循环优化 全局优化
优化的种类
删除多余运算(或称删除公用子表达式) 合并已知量 复写传播 删除无用赋值 代码外提 强度消弱 变换循环控制条件
7
void quicksort (m, n);
T14:=a [T13]
a[T12]=T14
T15:= T13
a[T15]=x
复写传播后
15
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
v:=a[T1]
B1
i:=i+1
T2:=4*i T3:=a[T2]
B2
if T3<v goto B2
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
if T5>v goto B3
T13:= T1
T14:=a[T13]
a[T2]=T14
T15:= T13
a[T15]=x
复写传播后
22
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
v:=a[T1]
B1
i:=i+1
T2:=4*i T3:=a[T2]
B2
if T3<v goto B2
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
if T5>v goto B3
T6:= T2 x:=a[T2] T7:= T2 T8:= T4 T9:=a[T8] a[T2]=T9 T10:= T8 a[T10]=x goto B2
T11:= T2
B5 x:=a[T2]
B6
T12:= T2
T13:= T1
T14:=a[T13]
a[T2]=T14
T15:= T13
a[T15]=x
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
if T5>v goto B3
if i>=j goto B6 B4
T6:= T2 x:=a[T2] T7:= T2 T8:= T4 T9:=a[T8] a[T2]=T9 T10:= T8 a[T10]=x goto B2
T11:= T2
B5 x:=a[T11]
T11:= T2
B5 x:=a[T2]
B6
T12:= T2
T13:= T1
T14:=a[T13]
a[T2]=T14
T15:= T13
a[T15]=x
复写传播后
21
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
v:=a[T1]
B1
i:=i+1
T2:=4*i T3:=a[T2]
B2
if T3<v goto B2
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
if T5>v goto B3
if i>=j goto B6 B4
T6:= T2 x:=a[T2] T7:= T2 T8:= T4 T9:=a[T4] a[T2]=T9 T10:= T4 a[T4]=x goto B2
T11:= T2
B5 x:=a[T2]
B6
T12:= T2
B6
T12:= T11
T13:= T1
T14:=a[T13]
a[T12]=T14
T15:= T13
a[T15]=x
复写传播后
18
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
v:=a[T1]
B1
i:=i+1
T2:=4*i T3:=a[T2]
B2
if T3<v goto B2
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
B6
T12:= T11
T13:= T1
T14:=a [T13]
a[T12]=T14
T15:= T13
a[T15]=x
复写传播后
14
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
v:=a[T1]
B1
i:=i+1
T2:=4*i T3:=a[T2]
B2
if T3<v goto B2
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
if i>=j goto B6 B4
T6:=4*i x:=a[T6] T7:=4*i T8:=4*j T9:=a [T8] a[T7]=T9 T10:= 4*j a[T10]=x goto B2
T11:=4*i
B5 x:=a[T11]
B6
T12:=4*i
T13:= T1
T14:=a [T13]
a[T12]=T14
B6
T12:=4*i
T13:=4*n
T14:=a [T13]
a[T12]=T14
T15:= 4*n
a[T15]=x
中间代码程序段
10
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
v:=a[T1]
B1
i:=i+1
T2:=4*i T3:=a[T2]
B2
if T3<v goto B2
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
if T5>v goto B3
if i>=j goto B6 B4
T6:= T2 x:=a[T6] T7:= T6 T8:=4*j T9:=a [T8] a[T7]=T9 T10:= 4*j a[T10]=x goto B2
T11:= T2
B5 x:=a[i, j;
int v, x;
if (n<=m) return;
/* fragment begins here*/
i=m-1; j=n; v=a [n];
while (1) {
do i=i+1; while (a [i]<v);
do j=j-1; while (a [j]>v);
if T5>v goto B3
if i>=j goto B6 B4
T6:= T2 x:=a[T6] T7:= T6 T8:=4*j T9:=a [T8] a[T7]=T9 T10:= 4*j a[T10]=x goto B2
T11:= T2
B5 x:=a[T11]
B6
T12:= T11
T13:= T1
j:=j-1
B3
T4:=4*j
T5:=a[T4]
if T5>v goto B3
if i>=j goto B6 B4
T6:=4*i x:=a[T6] T7:=4*i T8:=4*j T9:=a [T8] a[T7]=T9 T10:= 4*j a[T10]=x goto B2
T11:=4*i
B5 x:=a[T11]
if i>=j goto B6 B4
T6:= T2 x:=a[T6] T7:= T6 T8:= T4 T9:=a [T8] a[T7]=T9 T10:= T8 a[T10]=x goto B2
T11:= T2
B5 x:=a[T11]
B6
T12:= T11
T13:= T1
T14:=a [T13]
a[T12]=T14
T11:=4*i
B5 x:=a[T11]
B6
T12:=4*i
T13:= T1
T14:=a [T13]
a[T12]=T14
T15:= T13
a[T15]=x
复写传播后
13
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
v:=a[T1]
B1
i:=i+1
T2:=4*i T3:=a[T2]
B2
if T3<v goto B2
if (i>=j) break;
x=a [i]; a[i]=a [j]; a[j]=x;
}
x=a[i]; a[i]=a [n]; a [n]=x;
/*fragment ends here*/
quicksort (m, j); quicksort (i+1, n);
}
8
i:=m-1
j:=n
T1:=4*n
T14:=a [T13]
a[T12]=T14