C编译器剖析_5.4.2 中间代码生成及优化_基本块的合并

5.4.2  基本块的合并

    我们在第5.4.1节时给出了由基本块构成的双向链表和控制流图，为阅读方便，我们这里再次给出“图5.1.4 基本块的静态结构和动态结构”。在这一小节中，我们试图把双向链表中相邻的基本块进行合并，当然这种合并需要满足一定条件，同时要保持程序的原有语义。在合并后，控制流图中的前驱与后继关系也要进行调整。我们需要改动的数据结构有图5.4.1中的双向链表和控制流图。需要注意的是，虽然基本块BB5和BB6在双向链表中相邻，但控制流却不会由BB5流入BB6，双向链表只是维持各基本块在中间代码里的先后顺序，控制流图中的有向边才真正代表了控制流的流向。在本小节中，如未特别声明，“前驱和后继”是针对控制流图而言。

图5.1.4 基本块的静态结构和动态结构

    UCC编译器在中间代码生成时，会产生一些不包含任何中间代码的基本块，如图5.4.4第22至24行所示，其中的基本块BB4和BB5中都没有中间代码，这相当于控制流可以从BB4流入BB5，然后再流入BB6，这也意味着BB4是BB5的前驱，而BB5又是BB6的前驱。我们可以将这两个基本块与BB6合并。同时，还要把第20行的跳转指令改为第37行的跳转指令，此时第35行的基本块BB2是第38行基本块BB6的唯一前驱，我们可把BB2和BB6再进行合并，删去第37行的无用跳转语句，最终优化后的中间代码如图5.4.4第45至52行所示。

图5.4.4 无代码的空基本块

    UCC编译器的TryMergeBBlock函数会对双向链表的相邻基本块进行判断，当满足以下5种情况时可以进行合并操作，如图5.4.5所示。对于某个基本块bb而言，我们用bb->next来表示在静态结构中紧随bb之后的基本块，例如对于图5.4.4第22行的BB4来说，BB4->next即为BB5。

    (1) 在情况1中，bb2是基本块bb1的唯一后继，而bb2也只有一个前驱，此时我们可以把bb1和bb2进行合并。但有一个特殊情况要处理，即我们要删去如图5.4.4第37行的间接跳转指令IJMP。

    (2) 在情况2中，基本块bb1没有中间代码，此时可删去基本块bb1，bb1也不再是bb2的前驱。同时，还要修改bb1所有前驱的后继链表，使将其中的bb1改为bb2，bb1的所有前驱要成为bb2的前驱。

    (3) 在情况3中，基本块bb2没有中间代码，且无前驱，此时可删去bb2。

    (4)在情况4中，基本块bb2没有中间代码，其唯一前驱为bb1，由于bb2没有中间代码，控制流一旦进入bb2，则必然可进入bb2->next，此时bb2->next是bb2的后继。我们可删去bb2，还要使bb2->next成为bb1的后继。

    (5) 在情况5中，基本块bb1的最末一条指令为“jump  bb2;”，且其中的bb2在静态结构中是紧随bb1之后的基本块，即bb2就是bb1->next，此时我们可以删去基本块bb1中位于最末尾的无条件跳转指令“jump bb2”。

图5.4.5 基本块合并的5种情况

   有了上面的基础后，就不难理解函数TryMergeBBlock，其主要代码如图5.4.6所示，第5至34行对应“情况1”，第35至36行对应“情况2”，第37至39行对应“情况3”，第41至44行对应“情况4”，而第46至49行对应“情况5”。我们只给了“情况1”的代码，省略了其他情况的代码。

图5.4.6  TryMergeBBlock()

   图5.4.6第10至17行用于删除形如图5.4.4第37行的指令“goto(BB6,BB6,BB6,)[t0];”，基本块BB6在该指令中被多次重复引用，因此第10行的if条件会成立。当我们把满足图5.4.4“情况1”的基本块bb1和bb2进行合并时，由于前驱和后继关系发生变化，我们要通过图5.4.6第19至26行来修改控制流图，在第28行调用函数MergeInstructions来合并这两个基本块里的中间代码，还需要在第29至33行修改双向链表。

   至此，我们完成了UCC编译器“中间代码生成与优化”的讨论，UCC编译器可以通过ucl\uilasm.c中的函数DAssemTranslationUnit，把优化后的中间代码打印出来，该函数并不复杂，我们就从略，在下一章中，我们要开始讨论“目标代码生成”，UCC编译器的目标代码即为32位的x86汇编代码。