C语言的for循环大家应该都很熟悉了,C系语言大都有一样或几乎一样的语法结构:一个循环初始化,一个循环条件,一个循环再初始化,然后一个循环体。通常循环初始化在最前面,再初始化的逻辑直接黏在循环体后面,能有变化的就是循环条件的代码生成到什么位置。
举个例子,
for (int i = 0; i < 100; i++) { foo(); }
把它翻译为龙书第8章所用的三地址指令,可以用许多不同的模式翻译,这里举三种例子:
(注释里标出了基本块的标号、前导基本块、后继基本块,以及基本块的内容等信息。应该很直观吧?)
第一种:循环条件放前面,循环末尾用无条件跳转回到开头:
// B0 -> B1: loop initialize (1) i = 0 // B1 <- { B0, B2 }, -> { B2, B3 }: loop condition (2) if i >= 100 goto (6) // note: inverted condition // B2 <- B1, -> B1: loop body (3) call foo() (4) i = i + 1 (5) goto (2) // B3 <- B1: after loop (6) ...

第二种:循环条件放后面,在进入循环的地方先无条件跳转到位于循环末尾的条件:
// B0 -> B2: loop initialize (1) i = 0 (2) goto (5) // B1 <- B2, -> B2: loop body (3) call foo() (4) i = i + 1 // B2 <- { B0, B1 }, -> { B1, B3 }: loop condition (5) if i < 100 goto (3) // B3 <- B2: after loop (6) ...

第三种:在进入循环的地方先判断是否跳过循环,然后循环条件放在末尾:
// B0 -> { B1, B3 }: loop initialize (1) i = 0 (2) if i >= 100 goto (6) // note: inverted condition // B1 <- { B0, B2 }, -> B2: loop body (3) call foo() (4) i = i + 1 // B2 <- B1, -> { B1, B3 }: loop condition (5) if i < 100 goto (3) // B3 <- { B0, B2 }: after loop (6) ...

顺带一提,这个具体例子中循环条件是拿循环变量与一个编译时常量比较,所以这个版本的代码的(2)可以非常轻易的通过条件常量传播消除掉,等价变换为:
// B0 -> B1: loop initialize (1) i = 0 // B1 <- { B0, B2 }, -> B2: loop body (2) call foo() (3) i = i + 1 // B2 <- B1, -> { B1, B3 }: loop condition (4) if i < 100 goto (2) // B3 <- { B0, B2 }: after loop (5) ...

而前两种模式没那么容易消除其中的指令。
有兴趣的同学可以来讨论下这几种模式的异同点

注意三地址指令的条数,基本块的个数与划分,基本块之间控制流边的总个数,代码的静态与动态的情况的关系,等等。
当然这不是啥新问题,早就有很多论文讨论过了。
例如说某篇1978年的小论文⋯名字就先不说了免得剧透。有兴趣的同学自己思考喔。
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下面补充些在实际生活种能看到的例子。
1. Java虚拟机规范,Java SE 7版,3.2小节
这里举了几个Java的for循环翻译为字节码的范例,都符合上面说的“第二种”模式。
例如把这样的代码:
void spin() { int i; for (i = 0; i < 100; i++) { ; // Loop body is empty } }
翻译为:
0: iconst_0 // Push int constant 0 1: istore_1 // Store into local variable 1 (i=0) 2: goto 8 // First time through don't increment 5: iinc 1, 1 // Increment local variable 1 by 1 (i++) 8: iload_1 // Push local variable 1 (i) 9: bipush 100 // Push int constant 100 11: if_icmplt 5 // Compare and loop if less than (i < 100) 14: return // Return void when done
Eclipse Compiler for Java (ecj)就采取了这种模式。但Oracle JDK6里自带的javac实际用的代码生成策略却是前面说的“第一种”,将上面的例子编译为:
0: iconst_0 1: istore_1 2: iload_1 3: bipush 100 5: if_icmpge 14 8: iinc 1, 1 11: goto 2 14: return
好玩吧呵呵厚⋯