公共子表达式消除

公共子表达式消除,又称CSECommon subexpression elimination),是一个编译器优化技术。在执行这项优化的过程中,编译器会视情况将多个相同的表达式替换成一个变量,这个变量存储着计算该表达式后所得到的值。[1] 该优化技术十分常见,在现代各大编译器中(如LLVMGCC)均有实现。

例子

考虑到下列代码:

   a = b * c + g;
   d = b * c + e;

可以观察到 b * c 是两项表达式中的公共子表达式。如果计算这个子表达式并将其计算结果存储起来的开销,低于重复计算这个子表达式的开销,则能够将以上代码转换成以下代码:

   temp = b * c;
   a = temp + g;
   d = temp + e;

原理

执行这项优化的可能性基于表达式的定义可达性。当以下条件成立,则一个表达式 在程序的某个点 被定义为是可达的:

  • 从初始节点到点 的每条路径在到达 之前计算过
  • 被计算后,无论 到点 以前都没有被重新赋值过。

由编译器计算的成本效益分析可以判断出,重复计算该表达式的开销是否大于存储该表达式的计算结果,并且这个分析也要将寄存器等因素考虑在内。

编译器开发者将公共子表达式消除分成两种:

  • 本地公共子表达式消除:这项优化技术工作于基本块之内。
  • 全局公共子表达式消除:这项优化技术工作于整个过程之中。

参考资料

  1. Steven Muchnick; Muchnick and Associates. . Morgan Kaufmann. 15 August 1997. ISBN 978-1-55860-320-2. Common subexpression elimination.
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