Всего за 133 руб. Купить полную версию
Таблица 4.1. Пример работы алгоритма свертки
Если исключить особые триады типа C(K,0) (которые не порождают объектного кода), то в результате выполнения свертки получим следующую последовательность триад:
1::= (I, 2)
2::= (I, 3)
3::= (J, 21)
Видно, что результирующая последовательность триад может быть подвергнута дальнейшей оптимизации – в ней присутствуют лишние присваивания, но другие методы оптимизации выходят за рамки данной лабораторной работы (с ними можно познакомиться в [1, 2, 7]).
Алгоритм свертки объектного кода позволяет исключить из линейного участка программы операции, для которых на этапе компиляции уже известен результат. За счет этого сокращается время выполнения, а также объем кода результирующей программы.
Свертка объектного кода, в принципе, может выполняться не только для линейных участков программы. Когда операндами являются константы, логика выполнения программы значения не имеет – свертка может быть выполнена в любом случае. Если же необходимо учитывать известные значения переменных, то нужно принимать во внимание и логику выполнения результирующей программы. Поэтому для нелинейных участков программы (ветвлений и циклов) алгоритм будет более сложным, чем последовательный просмотр линейного списка триад.
Исключение лишних операций
Исключение избыточных вычислений (лишних операций) заключается в нахождении и удалении из объектного кода операций, которые повторно обрабатывают одни и те же операнды.
Операция линейного участка с порядковым номером i считается лишней операцией, если существует идентичная ей операция с порядковым номером j, j< i и никакой операнд, обрабатываемый операцией с порядковым номером i, не изменялся никакой другой операцией, имеющей порядковый номер между i и j.
Алгоритм исключения лишних операций просматривает операции в порядке их следования. Так же как и алгоритму свертки, алгоритму исключения лишних операций проще всего работать с триадами, потому что они полностью отражают взаимосвязь операций.
Рассмотрим алгоритм исключения лишних операций для триад.
Чтобы следить за внутренней зависимостью переменных и триад, алгоритм присваивает им некоторые значения, называемые числами зависимости, по следующим правилам:
• изначально для каждой переменной ее число зависимости равно 0, так как в начале работы программы значение переменной не зависит ни от какой триады;
• после обработки i-й триады, в которой переменной А присваивается некоторое значение, число зависимости A (dep(A)) получает значение i, так как значение А теперь зависит от данной i-й триады;
• при обработке i-й триады ее число зависимости (dep(i)) принимается равным значению 1+ (максимальное_из_чисел_зависимости_операндов).
Таким образом, при использовании чисел зависимости триад и переменных можно утверждать, что если i – я триада идентична j-й триаде (j<i), то i – я триада считается лишней в том и только в том случае, когда dep(i) = dep(j).
Алгоритм исключения лишних операций использует в своей работе триады особого вида SAME(j,O). Если такая триада встречается в позиции с номером i, то это означает, что в исходной последовательности триад некоторая триада i идентична триаде j.
Алгоритм исключения лишних операций последовательно просматривает триады линейного участка. Он состоит из следующих шагов, выполняемых для каждой триады:
1. Если какой-то операнд триады ссылается на особую триаду вида SAME(j,0), то он заменяется на ссылку на триаду с номером j (*j).
2. Вычисляется число зависимости текущей триады с номером i, исходя из чисел зависимости ее операндов.
3. Если в просмотренной части списка триад существует идентичная j-я триада, причем j < i и dep(i) = dep(j), то текущая триада i заменяется на триаду особого вида SAME(j,O).
4. Если текущая триада есть присваивание, то вычисляется число зависимости соответствующей переменной.
Рассмотрим работу алгоритма на примере:
D:= D + C*B;
A:= D + C*B;
C:= D + C*B;
Этому фрагменту программы будет соответствовать следующая последовательность триад:
1: * (C, B)
2: + (D, ^1)
3::= (D, ^2)
4: * (C, B)
5: + (D, ^4)
6::= (A, ^5)
7: * (C, B)
8: + (D, ^7)
9::= (C, ^8)
Видно, что в данном примере некоторые операции вычисляются дважды над одними и теми же операндами, а значит, они являются лишними и могут быть исключены. Работа алгоритма исключения лишних операций отражена в табл. 4.2.
Таблица 4.2. Пример работы алгоритма исключения лишних операций
Теперь, если исключить триады особого вида SAME(j,O), то в результате выполнения алгоритма получим следующую последовательность триад:
1: * (C, B)
2: + (D, ^1)
3::= (D, ^2)
4: + (D, ^1)
5::= (A, ^4)
6::= (C, ^4)
Обратите внимание, что в итоговой последовательности изменилась нумерация триад и номера в ссылках одних триад на другие. Если в компиляторе в качестве ссылок использовать не номера триад, а непосредственно указатели на них, то изменения ссылок в таком варианте не потребуется.
Алгоритм исключения лишних операций позволяет избежать повторного выполнения одних и тех же операций над одними и теми же операндами. В результате оптимизации по этому алгоритму сокращается и время выполнения, и объем кода результирующей программы.
Общий алгоритм генерации и оптимизации объектного кода
Теперь рассмотрим общий вариант алгоритма генерации кода, который получает на входе дерево вывода (построенное в результате синтаксического разбора) и создает по нему фрагмент объектного кода результирующей программы.
Алгоритм должен выполнить следующую последовательность действий:
• построить последовательность триад на основе дерева вывода;
• выполнить оптимизацию кода методом свертки для линейных участков результирующей программы;
• выполнить оптимизацию кода методом исключения лишних операций для линейных участков результирующей программы;
• преобразовать последовательность триад в последовательность команд на языке ассемблера (полученная последовательность команд и будет результатом выполнения алгоритма).
Алгоритм преобразования триад в команды языка ассемблера – это единственная машинно-зависимая часть общего алгоритма. При преобразовании компилятора для работы с другим результирующим объектным кодом потребуется изменить только эту часть, при этом все алгоритмы оптимизации и внутреннее представление программы останутся неизменными.
В данной работе алгоритм преобразования триад в команды языка ассемблера предлагается разработать самостоятельно. В тривиальном виде такой алгоритм заменяет каждую триаду на последовательность соответствующих команд, а результат ее выполнения запоминается во временной переменной с некоторым именем (например TMPi, где i – номер триады). Тогда вместо ссылки на эту триаду в другой триаде будет подставлено значение этой переменной. Однако алгоритм может предусматривать и оптимизацию временных переменных.
Требования к выполнению работы
Порядок выполнения работы
Для выполнения лабораторной работы требуется написать программу, которая на основании дерева синтаксического разбора порождает объектный код и выполняет затем его оптимизацию методом свертки объектного кода и методом исключения лишних операций. В качестве исходного дерева синтаксического разбора рекомендуется взять дерево, которое порождает программа, построенная по заданию лабораторной работы № 3.
Программу рекомендуется построить из трех основных частей: первая часть – порождение дерева синтаксического разбора (по результатам лабораторной работы № 3), вторая часть – реализация алгоритма порождения объектного кода по дереву разбора и третья часть – оптимизация порожденного объектного кода (если в результирующей программе присутствуют линейные участки кода). Результатом работы должна быть построенная на основе заданного предложения грамматики программа на объектном языке или построенная последовательность триад (по согласованию с преподавателем выбирается форма представления конечного результата).
В качестве объектного языка предлагается взять язык ассемблера для процессоров типа Intel 80x86 в реальном режиме (возможен выбор другого объектного языка по согласованию с преподавателем). Все встречающиеся в исходной программе идентификаторы считать простыми скалярными переменными, не требующими выполнения преобразования типов. Ограничения на длину идентификаторов и констант соответствуют требованиям лабораторной работы № 3.
1. Получить вариант задания у преподавателя.