编译器设计 - 窥孔优化

窥孔优化是一种用于优化编译器生成的一小组指令的方法；这组小指令在编译器设计中被称为窥孔优化窗口或视窗。

窥孔优化的关键点

关于窥孔优化的关键点

窥孔优化的关键点如下所示 −

• 它在源代码转换为目标代码之后应用。
• 窥孔优化属于机器相关优化。机器相关优化在目标代码生成并适应机器架构之后进行。它使用 CPU registers，并可能使用绝对内存引用代替相对引用。
• 它反复应用于代码的小段。

窥孔优化的目标

窥孔优化的目标包括 −

• 提高性能
• 减少内存占用
• 减少代码大小。

编译器设计中窥孔优化的工作原理

编译器设计中窥孔优化的工作原理可以总结为以下步骤 −

步骤 1: 识别窥孔

在第一步中，编译器找到需要优化的生成代码的小段。窥孔指固定窗口大小内的指令，因此窗口大小取决于所执行的具体优化。编译器帮助定义窗口内的指令。

步骤 2: 应用优化规则

识别之后，在第二步中，编译器将预定义的优化规则集应用于窥孔中的指令。编译器将在窗口中搜索特定指令模式。模式可能有很多类型，例如冗余代码、加载和存储序列，或复杂的分支模式。

步骤 3: 评估结果

模式识别后，编译器对指令进行更改。然后编译器交叉检查代码，以确定这些更改是否改善了代码。它基于大小、速度和内存使用情况检查改进。

步骤 4: 重复

上述步骤将通过反复查找窥孔循环进行，直到代码中没有更多优化为止。编译器将逐一处理每个指令，进行更改，并重新分析以获得最佳结果。

编译器设计中窥孔优化的目标

编译器设计中窥孔优化的目标如下 −

• 提高代码速度 − 窥孔优化旨在通过移除冗余或不必要的指令来提升生成代码的执行速度。
• 减少代码大小： − 窥孔优化通过用较短的指令序列替换较长的指令序列来减少生成代码的大小。
• 消除死代码 − 窥孔优化针对移除死代码，例如不可达代码、冗余赋值或对程序输出没有影响的常量表达式。
• 简化代码 − 窥孔优化旨在通过消除不必要的复杂性，使生成代码更易理解和维护。

窥孔优化技术

以下是窥孔优化的技术 —

常量折叠

常量折叠是一种窥孔优化技术，它在编译时而非运行时评估常量表达式。这可以通过减少执行期间所需的计算次数来提升性能。

示例

以下是一个常量折叠技术的示例 —

初始代码

int x = 10 + 5; 
int y = x * 2;

优化后代码

int x = 15;  
int y = x * 2;

强度削减

强度削减是一种窥孔优化技术，它用更简单、更低成本的操作替换计算开销大的操作，从而提升程序性能。

示例

以下是一个常量折叠技术的示例 —

初始代码

int x = y / 4;

优化后代码

int x = y >> 2;

冗余加载和存储消除

冗余加载和存储消除是一种窥孔优化技术，它减少程序中不必要的内存访问。通过重用已加载的值来消除重复的内存操作。

初始代码

int x = 5;
int y = x + 10;
int z = x + 20;

优化后代码

int x = 5;
int y = x + 10;
int z = y + 10; 

空序列消除

空序列消除是一种窥孔优化技术，它从程序中移除不必要的指令。它识别并消除那些不影响程序最终输出的指令序列。

示例

以下是一个常量折叠技术的示例 —

初始代码

int x = 5;
int y = 10;
int z = x + y;
x = 5;  // 冗余指令

优化后代码

int x = 5;
int y = 10;
int z = x + y;