编译原理：中间代码优化技术分析

“举例划分基本块-编译原理课件” 在编译原理中，基本块（Basic Block）是程序中的一个概念，它是从入口到出口的一串连续指令，没有控制流进入或离开的内部节点。在这个例子中，给出了一个简单的程序片段： ``` (1) read X (2) read Y (3) R:= x mod y (4) if R=0 goto (8) (5) X:=Y (6) Y:=R (7) goto (3) (8) write Y (9) halt ``` 这个程序由9条指令组成，我们可以分析并划分其基本块。基本块的划分通常基于控制流，即哪些指令总是连续执行，哪些可能存在分支或跳转。 1. 第一条指令 `read X` 开始一个基本块，因为它是程序的起点，没有前一条指令。这个基本块包含 `(1)`。 2. 接下来的 `read Y` 与 `read X` 在控制流上是连续的，所以它们共同组成第二个基本块，包含 `(2)`。 3. `R:= x mod y` 后面紧跟着条件判断，但在这之前没有跳转，所以 `(3)` 归入第三块。 4. `(4)` 是一个条件判断，如果 `R=0` 则跳转到 `(8)`，否则继续执行。因此，`(4)` 和 `(8)` 分别形成两个独立的基本块，因为它们之间存在控制流分叉。 5. `(5)` 到 `(7)` 是在 `if` 语句的 `else` 部分，它们连续执行，形成第四个基本块。 6. `(8)` 的 `write Y` 是条件语句的结束，形成第五个基本块。 7. 最后，`halt` 指令是程序的终点，单独构成第六个基本块。 优化是编译器的重要组成部分，旨在提高程序的执行效率。本章主要讨论的是中间代码级别的优化，其中包括以下常见的技术： 1. 删除公共子表达式：如果一个表达式在多处被计算且结果不变，可以只计算一次，减少重复计算。 2. 复写传播：如果一个变量在某点被赋值后不再修改，那么后续所有对该变量的引用都可以被替换为该赋值。 3. 删除无用代码：移除对程序运行结果没有影响的代码。 4. 强度削弱：降低操作的强度，比如将加法替换为赋值，如果已知一个变量不会改变。 5. 删除归纳变量：在循环中，如果变量的值只依赖于之前的迭代，且在循环外部未使用，可以删除。 6. 代码外提：如果一段代码在循环中多次重复，可以将其提取到循环外面。 以快速排序算法为例，中间代码展示了控制流分析和数据流分析的结果，这些分析为优化提供了基础。通过优化，可以减少不必要的计算，改善目标代码的执行效率。例如，通过删除无用代码、强度削弱等手段，可以减少指令数量，从而提高程序运行速度。优化的目标是在不改变程序逻辑的前提下，生成运行更快、占用资源更少的目标代码。