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原理

盛

威

網(wǎng)

：

專

業(yè)

的

計

算

機

學

習

網(wǎng)

站

指導教師:楊建國

二零零八年五月

第十一章代碼優(yōu)化

盛?:?第一節(jié)優(yōu)化技術(shù)簡介

威

網(wǎng)

?.

專?:?第二節(jié)局部優(yōu)化

業(yè)

的

計

算?:?第三節(jié)控制流分析和循環(huán)優(yōu)化

機

學

習

網(wǎng)。第四節(jié)數(shù)據(jù)流的分析與全局優(yōu)化

站

2

代碼優(yōu)化A代碼優(yōu)化的目的

—優(yōu)化技木一~A刪除多余運算

知

盛

識—A循環(huán)不變代碼外提強度削弱

威

網(wǎng)

結(jié)

：

專，一A變換循環(huán)控制條件

業(yè)

構(gòu)

的

計，一A合并已知量與復(fù)寫傳播

算

機

學—A刪除無用賦值

習

網(wǎng)

站

?代碼優(yōu)化的基礎(chǔ)一一^A控制流分析

一A數(shù)據(jù)流分析

3

第十一章代碼優(yōu)化

§11.1優(yōu)化技術(shù)簡介

?:?優(yōu)化：對代碼進行等價變換，使得變換后的代碼運行結(jié)

盛

威

網(wǎng)

果與變換前代碼運行結(jié)果相同，而運行速度加快或占用

.?

專

業(yè)

的存儲空間減少，或兩者都有

計

算

機

學?:?優(yōu)化工作階段可在中間代碼生成之后和（或）目標代碼

習

網(wǎng)

站

生成之后進行，如圖所示：

4

源代碼刖曬“中間代碼代碼生成A目標代碼

盛

威

網(wǎng)

：

專

業(yè)____1

的中間代碼優(yōu)化目標代碼優(yōu)化

計

算

機

學

習

網(wǎng)

站

圖11.1編譯的優(yōu)化工作階段

5

?:?依據(jù)優(yōu)化所涉及的范圍分為：

A局部優(yōu)化：指的是只有一個入口、一個出口的基本程序

盛

塊上進行的優(yōu)化

威

網(wǎng)

：

專?循環(huán)優(yōu)化：是對循環(huán)中的代碼進行的優(yōu)化

業(yè)

的

計

算?全局優(yōu)化：是在整個程序范圍內(nèi)進行的優(yōu)化

機

學

習?:?例如，源程序是：

網(wǎng)

站

>p:=0

>forI:=lto20do

>p:=p+A[I]*B[I];

6

?:?經(jīng)過編譯得到的中間代碼如圖1L2所示:

(1)P:=O

Bi

(2)1:=1

盛

威

網(wǎng)(3)T1=4*I

：

專

業(yè)(4)T2:=addr(A)-4

的

計⑸%：=?2叫]

算

機

學(6)T4:=4*I

習

網(wǎng)(7)T5:=addr(B)-4

站

(8)T6:=T5[T4]

(9)T7：=T3?T6

(10)P:=P+T7

(11)I:=I+1

(12)ifI<20goto(3)

7

?:?對于這個中間代碼段，可用以下六種方法進行優(yōu)化:

L刪除多余運算(刪除公共子表達式)：

圖11.2的(3)和(6)相同，所以(6)可以變換成：T4:=Ti

盛

威

網(wǎng)

：

專

業(yè)

的

計

算

機

學

習

網(wǎng)

站

8

2.代碼外提：

這種變換把循環(huán)不變運算，提到循環(huán)前面。上例中，可

以把(4)和⑺提到循環(huán)外,經(jīng)過刪除多余運算和代碼外提后,

盛

威

網(wǎng)代碼變換成圖11.3：

：

專

業(yè)

的

計

算

機

學

習

網(wǎng)

站

9

3.強度削弱:

把強度大的運算換算成強度小的運算，例如把乘法運

算換成加法運算。在圖1L3中，可以把循環(huán)中計算明值的

盛

威

網(wǎng)乘法運算變換成在循環(huán)前進行一次乘法運算，而在循環(huán)中

：

專

業(yè)將其變換成加法運算，變換后如圖所示:

的1L4

計

算

機（l）P:=O

學

習（4）T2，=addr（A）-4

網(wǎng)（7）T=addr（B）-4

站5

（3）11.=4*1

（5）13.=12仃1]

（6"4；=%

（8）T6；=T5[T4]

（9）T7；=T3*T6

（IO）P：=P+T7B2

（3*）T1:=T1+4

（12）ifI320Eoto（5）

10

4.變換循環(huán)控制條件：

圖11.4的代碼中，可以把(12)的循環(huán)控制條件￡20

變換成T1W80,這樣整個程序的運行結(jié)果不變,四元式(11)

盛

威

網(wǎng)

可以從循環(huán)中刪除

：

專

人

11

5.合并已知量與復(fù)寫傳播:

圖11.4中，四元式(3)可變?yōu)?=4,四元式(8)改為

T6：=T51TJ,之后運算結(jié)果保持不變。圖11.4經(jīng)過變換循

盛

威

網(wǎng)環(huán)控制條件，合并已知量和復(fù)寫傳播等變換后，變?yōu)閳D

：

專

業(yè)11.5所示:

的

計

算

機

學

習

網(wǎng)

站

12

6.刪除無用賦值：

圖11.5中，（6）對T4賦值，但T4未被引用，（2）和（11）對

I賦值，但只有（11）引用I。所以刪除（6）、（2）、（11）后如圖

盛

威

網(wǎng)11.6所示:Z

I1p?

：S*

專4K

JT

業(yè),2.=addr（A）-4

的7T5

計.=addr（B）-4

ZBi

算3T4

I一

S1一

機

學

習

網(wǎng)

站

（5）T3：=T2[T1]

（8）T6；=T5[T1]

（9）T7；=T3*T6

（IO）P：=P+T7

（3"）Ti:=Tl+4

（12）ifT1W8goto（5）

13

§11.2局部優(yōu)化

?:?局部優(yōu)化：基本塊內(nèi)的優(yōu)化

盛

威?:?基本塊：是指程序中一順序執(zhí)行的語句序列，其中只有

網(wǎng)

：

專一個入口語句和一個出口語句

業(yè)

的

計

算

機

學

習

網(wǎng)

站

14

一.基本塊的劃分

。入口語句規(guī)則：

1.程序的第一個語句

盛

威

網(wǎng)2.經(jīng)轉(zhuǎn)移（條件轉(zhuǎn)移或無條件轉(zhuǎn)移）語句轉(zhuǎn)移到的語句

：

專

人

3.緊跟在（條件）轉(zhuǎn)移語句后面的語句

15

?:?劃分中間代碼為基本塊的算法，其步驟如下：

1.確定入口語句

盛2.對每一入口語句，構(gòu)造其所屬的基本塊：

威

網(wǎng)

：（1）由該入口語句到下一入口語句（不包括下一入口語句）

專

業(yè)

的

計⑵由該入口語句到一轉(zhuǎn)移語句（包括該轉(zhuǎn)移語句）

算

機

學⑶由該入口語句到一停語句（包括該停語句）之間的語句

習

網(wǎng)

站

3.凡未被納入某一基本塊的語句，都是程序中控制流程無

法到達的語句，因而也是不會被執(zhí)行到的語句，我們可

以把它們刪除

。以圖n.2中的代碼段為例：

16

*再舉一個例子：

?入口語句有哪些？

例如，考慮下述四元式序列:

①reada

/(1)是程序的第一個語句

盛

威

②readb

網(wǎng)/(8)和(3)是條件轉(zhuǎn)移語

：

專

業(yè)③r:=amodb

的句或無條件轉(zhuǎn)移語句的轉(zhuǎn)

計

算④ifr=0goto⑧

機

學移目標語句

習⑤a:二b

網(wǎng)

站/(5)是緊跟在條件轉(zhuǎn)移語

⑥b:=r

句后面的語句

⑦goto③

⑧write(b)

⑨halt

17

①reada

②readb

盛

威

網(wǎng)

?.③r：=amodb

專

業(yè)④ifr=0goto⑧

的

計

算

機

學

習⑤

a■?=b

網(wǎng)⑥=⑧write(b)

站bB?r