编译原理分知识点习题代码优化.docx

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编译原理分知识点习题代码优化

1．与机器有关的代码优化有那些种类，请分别举例说明。

解答：

与机器有关的优化有：

寄存器优化，多处理优化，特殊的指令优化，无用的指令消除等四类。

冗余指令删除

假设源程序指令序列

a:

=b+c;c:

=a-d;

编译程序为其生成的代码很可能是下列指令序列：

MOVb,R0

ADDc,R0

MOVR0,a

SUBd,R0

MOVR0,c

假如第四条指令没有标号，上述两个赋值语句在一个基本块内，则第四条指令是多余的，可删除。

特殊指令的使用

例如，如果目标机器指令系统包含增1指令INC，对于i:

=i+1的目标代码

MOVi,R0

ADD#1,R0

MOVR0,i

便可被代之以1条指令

Inci

说明：

优化的特点是每个改进可能会引发新的改进机会，为了得到最好的改进，一般可能需要对目标代码重复扫描进行优化。

2．设有语句序列

a:

=20

b:

=a*（a+10）;

c:

=a*b;

试写出合并常量后的三元式序列。

解答：

该语句序列对应的三元式序列为：

（1）（:

=,20,a）

（2）（+,a,10）

（3）（*,a,

（2））

（4）（:

=,a,b）

（5）（*a,b）

（6）（:

=,（5）,c）

合并常量后的三元式序列为：

（1）（:

=,20，a）

（2）（:

=,600,b）

（3）（:

=,12000,c）

3、试写出算术表达式

a+b*c-（c*b+a-e）/（b*c+d）

优化后的四元式序列。

解答：

该表达式的四元式序列为：

（1）（*，b,c,T1）

（2）（+,a,T1,T2）

（3）（*,c,b,T3）

（4）（+,T3,a,T4）

（5）（-,T4,e,T5）

（6）（*,b,c,T6）

（7）（+,T6,d,T7）

（8）（/,T5,T7,T8）

（9）（-,T2,T8,T9）

可对该表达式进行删除公共子表达式的优化。

优化后的四元式序列为：

（1）（*，b,c,T1）

（2）（+,a,T1,T2）

（3）（-,T2,e,T5）

（4）（+,T1,d,T7）

（5）（/,T5,T7,T8）

（6）（-,T2,T8,T9）

4.设有算术表示式

（a*b+c）/（a*b-c）+（c*b+a-d）/（a*b+c）

试给出其优化后的三元式序列。

解答：

该算术表达式的三元序列为：

（1）（*,a,b）

（2）（+,

（1）,c）

（3）（*,a,b）

（4）（-,（3）,c）

（5）（/,

（2）,（4））

（6）（*,c,b）

（7）（+,（6）,a）

（8）（-,（7）,d）

（9）（*,a,b）

（10）（+,（9）,c）

（11）（/,（8）,（10））

（12）（+,（5）,（11））

可对其进行删除公共子表达式的优化。

优化后的三元式列为：

（1）（*，a,b）

（2）（+,

（1）,c）

（3）（-,

（1）,c）

（4）（/,

（2）,（3））

（5）（*,c,b）

（6）（+,（5）,a）

（7）（-,（6）,d）

（8）（/,（7）,

（2））

（9）（+,（4）,（8））

5.试对以下基本块B1和B2应用DAG进行优化

B1:

A:

=B*C

D:

=B/C

E:

=A+D

F:

=E*2

G:

=B*C

H:

=G*G

F:

=H*G

L:

=F

M:

=L

B2:

B:

=3

D:

=A+C

E:

=A*C

F:

=D+E

G:

=B*F

H:

=A+C

I:

=A*C

J:

=H+I

K:

=B*5

L:

=K+J

M:

=L

并就以下两种情况分别写出优化后的四元式序列：

（1）假设G、L、M在基本块后面要被引用;

（2）假设只有L在基本块后面要被引用。

解答:

一般应用DAG在一个基本块内可以进行三种优化:

合并常量、删除无用赋值以及多余运算。

对于基本块B1,其DAG如图7.1所示。

9

8

5

7

F

1

6

3

4

2

F,L,M*

E

*+

H*A,GD

*/

BC2

图7.1基本块B1的DAG图

优化后的四元式序列如下:

（1）若只有G、L、M在基本块后面要被引用

G:

=B*C或G:

=B*C

H:

=G*GS:

=G*G

L:

=H*GL:

=S*G

M:

=LM:

=L（S为临时变量）

（2）若只有L在基本块后面要被引用

G:

=B*C或S1:

=B*C

H:

=G*GS2:

=S1*S1

L:

=H*GL:

=S2*S1（S1、S2为临时变量）

对于基本块B2,其DAG如图7.2所示。

3

8

1

7

2

6

9

5

4

GL,M

*F,J+

+

D,HE,L

+*

BK

3AC15

图7.2基本块B2的DAG图

优化后的四元式序列如下:

（1）若只有G、L、M在基本块后面要被引用

D:

=A+C

E:

=A*C

F:

=D+E

G:

=3*F

L:

=F+15

M:

=L

（2）若只有L在基本块后面要被引用

D:

=A+C或S1:

=A+C

E:

=A*CS2:

=A*C

F:

=D+ES3:

=S1+S2

L:

=F+15L:

=S3+15

（S1、S2、S3为临时变量）

6.对于基本块P

S0:

=2

S1:

=3/S0

S2:

=T-C

S3:

=T+C

R:

=S0/S3

H:

=R

S4:

=3/S1

S5:

=T+C

S6:

=S4/S5

H:

=S6*S2

（1）试应用DAG进行优化。

（2）假定只有R、H在基本块出口是活跃的,试写出优化后的四元式序列。

（3）假定只有两个寄存器R0、R1试写出上述优化后的四元式序列的目标代码。

解答:

（1）构造DAG如图7.3所示。

1

H

0

4

7

3

6

5

2

H

R,,S6

S2

/-

S3,S5

+

S0,S4S1

21.5TC

图7.3基本块P的DAG图

优化后的四元式序列为:

S0:

=2

S4:

=2

S1:

=1.5

S2:

=T-C

S3:

=T+C

S5:

=S3

R:

=2/S3

S6:

=R

H:

=S6*S2

（2）若只有R、H在基本块出口是活跃的,优化后的四元式序列为:

S2:

=T-C

S3:

=T+C

R:

=2/S3

H:

=R*S2

（3）假定只有两个寄存器R0、R1,上述优化后的四元式序列的目标代码为:

LDR0T

SUBR0C

STR0S2

LDR0T

ADDR0C

LDR12

DIVR1R0

LDR0S2

MULR1R0

STR1H

7.设有入图7.4所示的程序流程图:

图7.4程序流图

（1）求出流图中各个结点n的必经结点集D（n）;

（2）求出该流图中的回边;

（3）求出该流图中的循环。

解答:

（1）在程序流图中,对任意的结点ni和nj,如果从流图的首结点出发,到达nj的任一通路都必须经过ni,则称ni是nj的必经结点,记为niDOMnj。

流图中结点n的所有必经结点称为结点n的必经结点集,记为D（n）。

流图中各结点n的必经结点集D（n）为:

D（B1）={B1}

D（B2）={B1,B2}

D（B3）={B1,B2,B3}

D（B4）={B1,B2,B3,B4}

D（B5）={B1,B2,B3,B5}

D（B6）={B1,B2,B3,B6}

D（B7）={B1,B2,B7}

D（B8）={B1,B2,B7,B8}

（2）流图的回边是指:

若a→b是流图中一条有向边,且有bDOMa,则称a→b是流图的一条回边。

题目所给流图中,有有向边B7→B2,又有D（B7）={B1,B2,B7},所以,B2DOMB7,

即B7→B2是流图的回边。

且无其他回边。

（3）该流图中的循环可利用回边求得。

如果以知有向边n→d是一回边,由它组成的循环就是由结点d、结点n以及有通路到达n而该通路不经过d的所有结点组成,且d是该循环的唯一入口结点。

题目所给出流图中,只有一条回边B7→B2,在该流图中,凡是不能经过结点B2有通路到达结点B7的结点,只有B3,B4,B5,B6,所以,由回边B7→B2组成的循环是{B2,B3,B4,B5,B6,B7}。

8.（中国科学院计算机所1997年）试画出如下中间代码序列的程序流图,并求出:

（1）各结点的必经结点集合D（n）;

（2）流图中的回边与循环。

J:

=0;

L1:

I:

=0;

ifI<8gotoL3;

L2:

A:

=B+C;

B:

=D*C;

L3:

ifB=0gotoL4;

WriteB;

gotoL5;

L4:

I:

=I+1;

ifI<8gotoL2;

L5:

J:

=J+1;

ifJ<=3gotoL1;

HALT

解答:

程序的流图入图7.5所示。

（1）各结点的必经结点集分别为:

D（n0）={n0}

D（n1）={n0,n1}

D（n2）={n0,n1,n2}

D（n3）={n0,n1,n3}

D（n4）={n0,n1,n3,n4}

D（n5）={n0,n1,n3,n5}

D（n6）={n0,n1,n3,n6}

D（n7）={n0,n1,n3,n6,n7}

n0

n1

n2

n3

n4

n5

n6

n7

图7.5程序流图

（2）流图中的回边有一条：

即n6n1

该回边表示的循环为：

（n1,n2,n3,n4,n5,n6）,入口为n1,出口为n6

9.（武汉大学1991年）试对下面的程序段进行尽可能的优化：

i：

=１

　j：

=１０

read　k

l：

x：

=k*i

y:

=j*i

z:

=x*y

writej

i:

=i+1

ifi<100gotol

halt

并指明你进行了何种优化，给出优化过程的简要说明及每种优化后的结果形式。

解答：

程序的流程图如下所示：

　　Ｂ1：

Ｂ2:

Ｂ3:

图7.6程序流图

由程序流图可知，｛Ｂ２｝为一个循环。

对于本题中的循环可进行以下优化：

·　削减强度

　　循环中有

　　x:

=x*i

y:

=y*i

j,k在循环中不改变值。

i每次增加１,x和y的赋值运算可进行强度削减，于是程序流图变为图7.7所示。

B1:

　　　　　　　B2ˊ:

Ｂ２：

B3:

图7.7削减强度后的程序流图

·　删除归纳变量

　由于i是循环中的基本归纳变量，x、y是与y同族的归纳变量，且有线性关系

　x：

=k*iy：

=j*i

所以，i<100完全可用