INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Geração de código

Ivan Ricarte

2008

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Sumário

Geração de código intermediárioCódigo de três endereçosNotação pós-fixa

Otimização de códigoHeurísticas de otimização

Geração de código em linguagem simbólica

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Estrutura geral do compiladorAtividades de síntese

Arquivo de

origem

GramáticasArquivo de

destino

análise

síntese

internas

Estruturas

geração de

código intermediário

geração de

código final

otimização

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Produção de código

I Etapa de síntese da compilaçãoI Em geral, em duas fases

1. Tradução da estrutura construída na análise sintática paraum código em linguagem intermediária independente doprocessador

2. Tradução do código em linguagem intermediária para alinguagem simbólica do processador-alvo

I Produção do código binário é realizada por outroprograma do sistema (montador)

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Geração de código intermediário

Com o reconhecimento da estrutura de expressões básicas nocódigo, é possível sintetizar expressões equivalentes nalinguagem em formato intermediário

I Pela varredura da árvore sintáticaI Durante o reconhecimento de expressões, na análise

sintáticaI Tradução dirigida pela sintaxe (ações semânticas)

Formatos usuais para a linguagem em formato intermediário:I Código de três endereçosI Notação posfixa

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereços

I Operações têm, no máximo, referências a três variáveis(dois operandos e um resultado)

I Expressões complexas devem ser decompostas em váriasexpressões nesse formato

I Formato independente de processador específicoI Fácil de traduzir para linguagem simbólica de qualquer

processador

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Tipos de instruções

I Instruções de atribuiçãoI cópiaI resultado de operações bináriasI resultado de operações unárias

I Instruções de desvioI incondicionalI condicionalI invocação de rotinas

I Operadores de endereçamentoI indexadoI indireto

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosInstruções de atribuição

Atribuição simplesle := ld

ExemploCódigo C/C++:

x = a;

Tradução:

x := a

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosInstruções de atribuição

Operação binária com atribuiçãole := ld1 op ld2

ExemploCódigo C/C++:

x = a + b;

Tradução:

x := a + b

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosInstruções de atribuição

Operação unária com atribuiçãole := op ld

ExemploCódigo C/C++:

x = -a;

Tradução:

x := -a

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosInstruções de atribuição

Expressões mais complexas são traduzidas para uma série deexpressões nesse formato

I Variáveis temporárias são criadas para armazenarresultados intermediários, conforme necessário

ExemploExpressão C/C++:

a = b + c * d;

Tradução:

_t1 := c * da := b + _t1

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosInstruções de desvio

L é um rótulo de uma linha do código intermediário

Desvio incondicionalgoto L

Desvio condicionalif x opr y goto L

onde opr é um operador relacional

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosExemplo de tradução para instrução de desvio

C++

while (i++ <= k)x[i] = 0;

x[0] = 0;

Tradução

_L1: if i > k goto _L2i := i + 1x[i] := 0goto _L1

_L2: x[0] := 0

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosInvocação de subrotinas

Padrão de invocação:I Parâmetros da função, se presentes, são registrados com

instrução param

I Subrotina é invocada com instrução call, com indicaçãodo número de parâmetros

I Retorno, se presente, pode ser obtido a partir deatribuição do resultado de call

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosExemplo de tradução de invocação de subrotina

C++

x = f (a, g (b));

Tradução

param aparam b_t1 := call g, 1param _t1x := call f, 2

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosModos de endereçamento

Modo diretox := a

Modo indexadox := y[i]x[i] := y

com i em bytes!

Modo indiretox := &yw := *x

*x := z

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosEstruturas de representação interna

QuádruplasTabela com quatro colunas:

1. operador2. primeiro argumento3. segundo argumento4. resultado

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Código de três endereçosEstruturas de representação interna

TriplasColuna com resultado é omitida

I Referência à linha da tabela é utilizada para indicarresultados intermediários

I Operador de atribuição simples deve ser utilizado paraexplicitar armazenamento de resultados não temporários

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Estruturas de representação internaExemplo

C++a = b + c * d;

Quádruplaoperador arg 1 arg 2 resultado

1 * c d _t12 + b _t1 a

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Estruturas de representação internaExemplo

C++a = b + c * d;

Triplaoperador arg 1 arg 2

1 * c d2 + b (1)3 := a (2)

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Notação pós-fixa

I Alternativa para representação de expressõesI Operações são indicadas após operandosI Representação interna de cada expressão na forma de

uma listaI Não há necessidade de parênteses

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Notação pós-fixa

C++a = b*(c+d)+e;

Árvore sintática abstrata:=

a +

*

b +

c d

e

Tradução (varredura pós-ordem)a b c d + * e + :=

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Otimização de código

I Código gerado automaticamente pode ser ineficienteI RedundânciasI Instruções desnecessárias

I Ineficiência pode vir também da codificação originalI Heurísticas de otimização podem ser aplicadas no código

em formato intermediário antes da produção do código emlinguagem simbólica

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Eliminação de subexpressões comuns

Operações que se repetem sem que seus argumentos sejamalterados podem ser realizadas uma única vez

ExemploSem atribuição a a ou b entre as duas instruções:

x = a + b + c;...y = a + b + d;

Sem otimização:

_t1 := a + bx := _t1 + c..._t2 := a + by := _t2 + d

Com otimização:

_t1 := a + bx := _t1 + c...y := _t1 + d

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Eliminação de código redundante

Instruções sem efeito podem ser eliminadas

ExemploSem nenhuma atribuição a x ou a y entre as duas instruções,

x := y...x := y

x := y...y := x

a segunda instrução pode ser seguramente eliminada

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Propagação de cópias

Variáveis que só mantêm cópia de um valor, sem outros usos,podem ser eliminadas

ExemploSem outras atribuições a y e sem outros usos de x

x := y...z := x

pode ser reduzido a

...z := y

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Eliminação de desvios desnecessários

Desvio incondicional para a próxima instrução pode sereliminado

Exemploa := _t2goto _L6

_L6: c := a + b

equivale a

a := _t2c := a + b

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Eliminação de código não-alcançável

Instruções que nunca serão executadas podem ser eliminadas

Exemplogoto _L3_t1 := x

_L4: _t2 := b + c_L3: d := a + _t2

equivale a

goto _L3_L4: _t2 := b + c_L3: d := a + _t2

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Movimentação de código

Retirar do corpo de comandos iterativos (laços) cálculo deexpressões invariáveis

Exemplowhile ( i < 2*max )

a[i] = i + max/4;

Como valor de max não varia, equivale a

_t1 = 2*max;_t2 = max/4;while (i < _t1)

a[i] = i + _t2;

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Uso de propriedades algébricas

Substituição de expressões aritméticas por formasequivalentes

Original Equivalentex + y y + xx + 0 xx - 0 xx * y y * xx * 1 xx / 1 x2 * x x + xx2 x * x

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Limites e objetivos de otimizaçãoEm geral, usuário pode indicar ao compilador quanto deesforço deve ser dispendido em otimização

Compilador gcc/g++-O0 nenhuma otimização deve ser feita, compilação

fica mais rápida mas programa gerado é menoseficiente

I Mas pode ficar mais fácil de seguir execuçãonum processo de depuração, por estar maispróximo do código original

-O3 máxima otimização, programa gerado tem menortempo de execução mas tempo de compilação émais longo

-O1, -O2 graus de otimização intermediários-Os Se objetivo da otimização não for tempo de

execução, mas a minimização do espaço ocupadoem memória

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Geração de código em linguagem simbólica

Objetivo Obter, a partir das instruções elementares usadasno código em formato intermediário, códigoequivalente na linguagem simbólica doprocessador-alvo

I Diferentes processadores podem ter distintos formatos deinstruções

I Classificação pelo número de endereços na instrução:3 dois operandos e o resultado2 dois operandos (resultado sobrescreve

primeiro operando)1 só segundo operando, primeiro operando

implícito (registrador acumulador), resultadosobrescreve primeiro operando

0 operandos e resultado numa pilha, semendereço explícitos

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Tradução para linguagem simbólica

Tradução ocorre segundo gabaritos definidos de acordo com otipo de máquina

Exemplo: x := y + z

3-endADD y, z, x

2-endMOVE Ri, yADD Ri, zMOVE x, Ri

1-endLOAD yADD zSTORE x

0-endPUSH yPUSH zADDPOP x

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Otimização no código em linguagem simbólica

Ao combinar seqüências de instruções traduzidas pelosgabaritos, estratégias de otimização podem ser tambémaplicadas ao código em linguagem simbólica

I Eliminação de código redundanteI Eliminação de instruções desnecessárias

Além disso, há uma oportunidade de realizar otimizações quesão específicas para um determinado processador

I Otimizações dependentes de máquinaI Permitem o aproveitamento de instruções pouco usuais,

de uso restritoI Muitas vezes, é difícil para o compilador reconhecer a

possibilidade de uso dessas instruções

INTRODUÇÃO À COMPILAÇÃO

Sugestões de leitura

Artigos na Wikipedia sobreI Geração de código: http://en.wikipedia.org/wiki/Code_generation_(compiler)

I Otimização de código: http://en.wikipedia.org/wiki/Optimization_(computer_science)