编译原理：删除公共子表达式优化技术

"删除公共子表达式是编译原理中的一个重要优化技术，旨在提升程序执行效率。当一个表达式在程序中多次出现且其值未发生变化时，可以删除其重复计算，以减少不必要的运算。这一概念在课程件中通过一个快速排序算法的中间代码示例进行了说明。" 在编译过程中，优化是一个关键步骤，它旨在生成执行效率更高的目标代码，而删除公共子表达式是优化的一种常见策略。这个方法的核心思想是识别并消除那些已经被计算过且在后续计算中不变的表达式，避免它们的重复计算。这样做可以节省计算时间和资源，提高程序性能。 例如，考虑一个简单的表达式替换场景：如果在程序的某处已经计算了表达式T2=4*i，并且在后续操作中i的值未被修改，那么在其他地方再次遇到相同的4*i表达式时，可以直接引用之前的计算结果，而非重新计算。同样的，对于T4=4*j的情况也适用。在给出的快速排序的中间代码中，可以看到这样的优化实践，通过删除重复的T2和T4的计算，转而使用之前计算的结果。 编译器优化可以分为多个层次，包括源代码级、中间代码级和目标代码级。中间代码优化是在抽象语法树或三地址码等高级表示形式上进行的，不依赖于特定的机器架构。这种优化包括删除公共子表达式、复写传播、删除无用代码、强度削弱、删除归纳变量、代码外提等多种技术。 删除无用代码是指去除那些对最终结果没有影响的语句，比如从未使用的变量初始化。强度削弱则是将强烈的操作替换为较弱的操作，如果不会改变程序行为。删除归纳变量是在循环中识别并消除那些可以被提前计算或完全移除的变量。代码外提是将循环内的常量表达式移动到循环外面，只计算一次。 在实际应用中，这些优化技术常常结合使用，以达到最佳的代码优化效果。然而，进行优化时需遵循等价原则（不改变程序逻辑）、有效原则（提升性能）和合算原则（优化成本小于收益），确保优化是值得且安全的。 本章主要关注的是中间代码级别的优化，这部分通常包括控制流分析、数据流分析和代码变换等步骤。通过这些分析和变换，编译器能够更好地理解程序结构，并据此实施优化策略，以生成更高效的目标代码。在处理大型程序或复杂算法时，这些优化尤其重要，因为它们可能显著影响程序的运行速度和资源消耗。