编译原理复习---中间代码优化

企业开发 2025-04-09 17:30:54 阅读次数: 0

适用于电子科技大学编译原理期末考试复习。

1. 基本块

基本块（Basic Block）是程序中一段连续的指令序列，它具有以下特点：

只有一个入口：程序只能从基本块的第一条指令进入。

只有一个出口：程序只能从基本块的最后一条指令离开。

顺序执行：基本块内的指令按照顺序依次执行，不会出现分支或跳转。

基本块在编译过程中是一个重要的概念，它是编译器进行代码优化和分析的基本单位。通过将程序划分为基本块，编译器可以更好地理解程序的结构和逻辑，从而进行各种优化操作，例如循环优化、代码重排和冗余代码消除等。

基本块的划分方法

基本块的划分通常基于程序的控制流图（Control Flow Graph, CFG）。以下是划分基本块的一般步骤：

确定入口语句：
- 程序的第一条语句。
- 转移语句（如条件跳转或无条件跳转）的目标语句。
- 紧跟在条件转移语句后面的语句。
  
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划分基本块：
- 每个入口语句对应一个基本块。
- 基本块由该入口语句到下一入口语句（不含下一入口语句），或到一转移语句（包括该转移语句），或到一停语句（包括该停语句）之间的代码序列组成。
删除不可达语句：凡未被纳入某一基本块的语句，都是程序中控制流程无法到达的语句，可以删除。

2. 流图

流图的结点是基本块。从基本块B到基本块C之间有一条边当且仅当基本块C的第一个指令可能紧跟在B的最后一条指令之后执行。

有两种方式可以确认这样的边：

有一个从B的结尾跳转到C的开头的条件或无条件跳转语句。

按照原来的三地址语句序列中的顺序，C紧跟在之B后，且B的结尾不存在无条件跳转语句。

3. 局部优化

局部优化（Local Optimization）是指在编译过程中，对程序的基本块进行优化的过程。

局部优化的方法：

常量传播：如果一个变量在基本块内被赋值为常量，那么在后续使用该变量的地方可以直接使用该常量。

删除公共子表达式：如果基本块内有多个相同的表达式，可以只计算一次，并在后续使用该表达式的地方重用结果。

删除死代码：如果基本块内有一些代码在任何情况下都不会被执行，可以将其删除。

删除无用赋值：无用赋值是指在程序中，某个变量被赋值后，其值在后续的代码中从未被使用过。这种赋值操作是冗余的，因为它不会影响程序的输出或行为。

复写传播：变量的值在被复制后没有被修改。在这种情况下，编译器可以将使用被复制变量的地方替换为使用原始变量，从而消除不必要的变量使用。

3.1 常量传播

 A = op B 或者 A = B op C

若B和C都是常数，则在编译时可将A的值计算出来。

例如：x = 5; y = x * 2; z = a[y]; ，可以替换为 z = a[10]。（至于x和y能不能删除的问题，需要涉及到活跃变量分析）

3.2 删除公共子表达式

U = A - C * D
V = B + C * D

如果两个语句之间C和D的值未改变则将公共表达式结果记为T：

T = C * D
U = A - T
V = B + T

3.3 删除死代码

if B then S1 else S2

如果B的值固定为 “真” 或 “假” ，则其中一个分支永远不会执行，这些分支的代码可以删除。

3.4 删除无用赋值

A = B + C
...
A = M + N

假如在两次赋值之间，A没有被使用过，那么第一个赋值语句就可以被删除。

3.5 复写传播

B = A
...
C = B * 2

假如两句代码之间，B的值没有发生变化，则可以用A来代替B。

B = A
...
C = A * 2

复写传播本身对效率没有任何提升，但是却为无用赋值的出现创造了条件。例如上面的例子中，我们减少了对B的使用，使得 B = A 这一语句更有可能成为无用赋值而被删除。

4. 全局优化

这里，我们只讨论对循环的优化。

循环：程序流图中有唯一入口结点的强连通子图。

强连通子图：任意两个结点均可互相连通的子图。

入口结点n：从循环外到循环内任何结点的所有通路都必通过此入口结点。

子图的首结点：子图中最早被执行的结点。

4.1 流图中的循环

必经结点：从程序流图的首结点出发，到达结点n的任一通路都必须经过的结点d，称d为n的必经结点，记为d DOM n。任何结点都是自己的必经结点。

必经结点集：程序流图中结点n的所有必经结点的集合称为n的必经结点集，记为D(n)。

回边：对于程序流图G = (N, E, n0)中的有向边n→d，如果d是n的必经结点，即d∈D(n) ，则称n→d为流图的一条回边。