第5章 代码优化

第5章 代码优化
(1)若 Node(B) 无定义，则构造一标记为 B 的叶结点，并定义为 Node(B)；如果Node(C)无定义，则构造一标记为C的叶结点，并 定义为Node(C)。 合并已知量 (2)若Node(B)和Node(C)都是以常数标记的叶结点，则转(3)，否则 转(4)。 (3)执行B op C，令得到的新常数为P。若Node(B)或Node(C)是处理 当前四元式时新建立的结点，则删除它；若Node(P)无定义，则 构造一用P做标记的叶结点n并置Node(P) = n；转(5)。 (4)检查DAG中是否有标记为op且其左后继为Node(B)、右后继为 Node(C)的结点。若有，则把已有的结点作为它的结点并设该结 点为n；若没有，则构造一个新结点；转(5)。 查找公共子表达式，删除多余运算 (5)若Node(A)无定义，则把A附加在结点n上并令Node(A)= n；否则 先从Node(A)的附加标识符集中将A删去(注意: 若Node(A)是叶结 点, 则不能将A删去)，然后再把A附加到新结点n上，并令 Node(A)=n。 计算机科学与技术学院 20 删除无用赋值
解： 按照算法顺序处理每一四元式后构造出的
DAG如图5–2所示，其中每一子图(1)、(2)、…、(10) 分别对应四元式(1)～(10)的DAG构造。
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n6 A n3 * T1 6.28 * n5 T2 + n5 T2 + n4 r
n1 T0
3.14 (1) T 0 =3.14 n 6 A, B *
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利用DAG进行基本块优化的基本思想：
首先按基本块内的四元式序列顺序将所有 的四元式构造成一个DAG，然后按构造结点的 次序将DAG还原成四元式序列。 由于在构造DAG的同时已作了局部优化， 所以最后所得到的是优化过的四元式序列。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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好的优化效果，应为值得优化的程序进行
优化。
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常用的代码优化技术： ① 删除多余运算（删除公共子表达式） ② 代码外提 ③ 强度削弱 ④ 变化循环控制条件 ⑤ 合并已知量与复写传播 ⑥ 删除无用赋值 根据优化对象所涉及的范围，优化可分为 局部优化、循环优化和全局优化。
代码优化的含义：对代码进行等价变换，使 得变换后的代码具有更高的时间效率和空间效率。 代码优化的目的：是提高目标程序的质量。
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优化原则:
等价原则：经过优化不应该改变程序运行
的结果。
有效原则：优化后所产生的目标代码运行
时间确实较短，占用的空间确实较小。
合算原则：应尽可能以较低的代价取得较
*
n1 T n2 T1 0 3.14 6.28
n3 R
n4 r
n1 T0 3.14
n 2 T 1, T 3 n 3 6.28 R
0
n4
r
n1 T 0 3.14
n 2 T 1, T 3 n 3 6.28 R n8 B *
n4 r
(5) B =A
(6) T 3 = 2*T
(7) T 4 =R+r
n 6 A, B, T *
(5) if B rop C goto (S)
图5-1 四元式与DAG结点
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图中各结点圆圈中的 ni 是构造DAG过程中 各结点的编号，而各结点下面的符号(运算符、 标识符或常数)是各结点的标记，各结点右边的 标识符是结点上的附加标识符。 除了对应转移语句的结点右边可附加一语 句位置来指示转移目标外，其余各类结点的右边 只允许附加标识符。除对应于数组元素赋值的结 点(标记为[ ]=)有三个后继外，其余结点最多只 有两个后继。
(1) read X (2) read Y (3) R=X % Y (4) if R=0 goto(8) (5) X=Y (6) Y=R (7) goto(3) (8) write Y (9) halt
其中(1)(3)(5)(8)是入口语句，(2)(4)(7)(9)是出口语句。 不同颜色的部分是四个基本块。
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说明：对于3型四元式，对于数组赋值的情形需
特殊考虑，暂不讨论。对四元式(7)也不涉及，下面仅
讨论含0、1、2型四元式的基本块的DAG构造算法。
规定：用大写字母(如A、B等)表示四元式中的变
量名(或常数)；用函数Node(A)表示A在DAG中的相应 结点，其值记为n(用n表示DAG中的一个结点值)或者
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5.1 局部优化
5.2 循环优化
5.3 代码优化示例
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源程序经过词法分析、语法分析、语义分析 等阶段的编译工作，得到了与源程序功能等价的 中间代码。由于这种中间代码是 “ 机械生成 ” 的结果，因而必然存在效率不高和有冗余代码的 现象，需要进行代码优化。
优化工作：删除无用赋值
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形如“A=op B”的1型四元式的构造算法
(1)若Node(B)无定义，则构造一标记为B的叶结点并定义为Node(B) 合并已知量 (2)若Node(B)是以常数标记的叶结点，则转(3)，否则转(4)。 (3)执行op B，令得到的新常数为P。若Node(B)是处理当前四元式 时新建立的结点，则删除它；若Node(P)无定义，则构造一用P 做标记的叶结点n并置Node(P)= n；转(5) 。 (4)检查DAG中是否有标记为op且以Node(B)为惟一后继的结点。若 有，则把已有的结点作为它的结点并设该结点为n；若没有，则 构造一个新结点；转(5)。 查找公共子表达式，删除多余运算 (5)若Node(A)无定义，则把A附加在结点n上并令Node(A)= n；否则 先从Node(A)的附加标识符集中将A删去(注意: 若Node(A)是叶结 点, 则不能将A删去)，然后再把A附加到新结点n上，并令 Node(A)=n。 计算机科学与技术学院 19 删除无用赋值
无定义(未命名或未加标记)。
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仅含0、1、2型四元式的基本块DAG构造算 法分别描述如下(算法开始前， DAG为空)： 形如“A=B”的0型四元式的构造算法
(1) 若 Node(B) 无定义，则构造一标记为B的叶结点并 定义为Node(B) ，并记 Node(B) 的值为n。 (2) 若 Node(A) 无定义，则把A附加在结点 n 上并令 Node(A)= n；否则，先从Node(A)的附加标识符集中 将A删去(注意: 若Node(A)是叶结点, 则不能将A删去)， 然后再把A附加到新结点n上，并令Node(A)=n。
5.1.1 基本块的划分方法
基本块是指程序中一顺序执行的语句序列，其中只 有一个入口和一个出口，入口就是该序列的第一个语句， 出口就是该序列的最后一个语句。 对一个基本块来说，执行时只能从其入口进入，从 其出口退出。 对一个给定的程序，可以把它划分为一系列基本块， 在各个基本块范围内进行的优化称为局部优化。 划分基本块的关键问题：准确定义入口和出口语句。
② 转移语句(包括转移语句自身)；
③ 停语句(包括停语句自身)。
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(3) 划分基本块
① 对每个入口语句，确定其基本块。它是由该入口语 句到下一个入口语句(不包括下一个入口语句)，或 到一个转移语句(包括该转移语句)，或到一个停语 句(包括该停语句)之间的语句序列组成。 ② 凡未包含在基本块内的语句，都是控制流程不可到 达的语句，故予以删除。
形如“A=B op C”的1型四元式的构造算法
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例 ：
(1) T0=3.14 5.1 构造以 (2) T1=2*T0 下基本块的DAG： (3) T2=R+r (4) A=T1*T2 (5) B=A (6) T3=2*T0 (7) T4=R+r (8) T5=T3*T4 (9) T6= R−r (10) B=T5*T6
为了DAG构造算法的需要，将图5–1中的四 元式按照其对应结点的后继结点个数分为四类：
(1) 0型四元式：后继结点个数为0, 如图5–1(1)；
(2) 1型四元式：有一个后继结点, 如图5–1(2)；
(3) 2型四元式：有两个后继结点，如图5–1(3)(4)(5)；
(4) 3型四元式：有三个后继结点, 如图5–1(6)。
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(2) 图的内部结点以一个运算符作为标记，此结 点代表应用该运算符对其直接后继结点所表示
的值进行运算的结果。
(3) 图中各个结点上可能附加一个或多个标识 符，表示这些变量具有该结点所代表的值。 图 5–1 给 出 了 不 同 四 元 式 和 与 其 对 应 的 DAG 结点形式。
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划分四元式程序为基本块的算法：
(1) 从四元式序列确定满足以下条件的入口语句 ① 四元式序列的第一个语句； ②能由条件转移语句或无条件转移语句转移到的语句； ③ 紧跟在条件转移语句后面的语句。 (2) 确定满足以下条件的出口语句 ① 下一个入口语句的前导语句；
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5.1 局部优化
局部优化是指对代码的每一个线性部分所 进行的优化，这个线性部分只存在一个入口和 一个出口，这个线性部分称之为基本块。
基本块内可进行的优化有：删除公共子表 达式，删除无用代码，复写传播，合并已知常 量等。