計算機論文：優(yōu)化程序長度的一種方法

　　程序優(yōu)化是指對解決同一問題的幾個不同的程序，進行比較、修改、調(diào)整或重新編寫程序，把一般程序變換為語句最少、占用內(nèi)存量少、處理速度最快、外部設(shè)備分時使用效率最高的最優(yōu)程序。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的計算機論文范文：優(yōu)化程序長度的一種方法。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!

　　優(yōu)化程序長度的一種方法全文如下：

　　摘要：本文分析了Microsoft公司優(yōu)化程序長度的P-CODE 技術(shù)的基本工作原理、P-CODE的使用方法以及P-CODE程序的性能。提出了P-CODE編譯的程序調(diào)試時應(yīng)注意的主要問題。

　　關(guān)鍵詞：程序優(yōu)化 代碼壓縮 P-CODE 編譯指示器 程序調(diào)試

　　1. 前言

　　用戶要求應(yīng)用程序有更多更全的功能，使得應(yīng)用程序的代碼長度持續(xù)增長，但由于系統(tǒng)的開放性，有時也要求應(yīng)用程序能在多種環(huán)境下運行，有很好的可移植性。這要限制應(yīng)用程序的代碼長度，減少其運行時所占的內(nèi)存容量。

　　Microsoft公司為了滿足此需求，在其應(yīng)用程序開發(fā)包中引進了一種稱為P-CODE(Packed Code, 壓縮碼)的代碼壓縮技術(shù)。此技術(shù)與本地機器無關(guān)，在大多數(shù)情況下，可把執(zhí)行程序的長度減少大約40%，為程序員提供了一個靈活而又容易實現(xiàn)的解決方案，減少了應(yīng)用程序?qū)?nèi)存容量日益增長的需求。

　　2. P-CODE工作原理

　　P-CODE 的基本工作原理是編譯器先把執(zhí)行程序編譯為比80X86機器碼緊湊得多的中間代碼形式，然后在鏈接時把一個小工作引擎嵌入執(zhí)行程序中，最后在運行時由此工作引擎把P-CODE解釋為本地機器碼實際執(zhí)行。為了方便使用，P-CODE技術(shù)實現(xiàn)于編譯過程的代碼生成階段。例如開發(fā)者在C/C++中應(yīng)用P-CODE技術(shù)時，只需把它作為一個“優(yōu)化”選項選中即可

　　2.1. 指令格式

　　在應(yīng)用P-CODE技術(shù)時，鏈接器會自動拷貝一份長度約為9K的P-CODE工作引擎到執(zhí)行程序中，程序運行時它仿真一個虛擬處理器。

　　P-CODE技術(shù)能壓縮執(zhí)行程序代碼長度的關(guān)鍵就在于工作引擎的指令格式。我們知道，在現(xiàn)代計算機的指令格式中，指令除指令碼外，還包括指出源和目的操作數(shù)的地址碼，真正的操作數(shù)一般放在內(nèi)存和寄存器中。而一般常用的指令格式是二地址碼結(jié)構(gòu)，少量使用一地址碼和零地址碼結(jié)構(gòu)。例如最簡單的兩個寄存器值相加匯編指令寫為：ADD AX, BX; AX←(AX)+(BX)

　　而P-CODE是一個獨立于本地機器的虛擬指令系統(tǒng)，其工作引擎是一個基于堆棧的虛擬機，它的大多數(shù)指令中只有指令碼，沒有地址碼部分，隱含操作數(shù)存儲于系統(tǒng)堆棧中，因而遠比本地機器指令緊湊。同樣上述的工作，P-CODE就可簡化為ADDW，它執(zhí)行時從堆棧中彈出操作數(shù)，運算后的結(jié)果再壓回堆棧中。如用80x86匯編指令表示，就等價于下列指令段：

　　POP AX ;彈出第一個操作數(shù)到AX寄存器中

　　POP BX ;彈出第二個操作數(shù)到BX寄存器中

　　ADD AX, BX ;把兩數(shù)相加，結(jié)果存貯于AX寄存器中

　　PUSH AX ; 將AX寄存器中的結(jié)果壓回堆棧中

　　2.2. 操作碼長度

　　P-CODE引擎使用堆棧隱含尋址，使得其操作碼長度平均小于2個字節(jié)，分為標(biāo)準(zhǔn)和擴展的操作碼兩大類。

　　標(biāo)準(zhǔn)操作碼占用一個字節(jié)，由255條最常用的指令組成，擴展操作碼由256條不太常用的指令組成。有統(tǒng)計表明，在一個全部編譯為P-CODE的20萬行的C程序中，一字節(jié)指令使用頻率為56%，占代碼長度比例為37%，二字節(jié)指令使用頻率為39%，占代碼長度比例為52%，而三或四字節(jié)指令占用了余下很小的百分比。

　　2.3. 引用

　　P-CODE技術(shù)優(yōu)化執(zhí)行程序長度的另一個重要特性是引用。引用就是編譯器優(yōu)化時，去掉代碼段的重復(fù)現(xiàn)象，共享代碼段的單個實例，類似于在高級語言中使用函數(shù)或過程的方法，當(dāng)然它是編譯器自動進行的。編譯器優(yōu)化時檢查它所產(chǎn)生的代碼，尋找指令段重復(fù)的地方，在程序中只保留重復(fù)段的一次出現(xiàn)，將所有其它出現(xiàn)的地方都改為指向保留段的一條跳轉(zhuǎn)指令。此技術(shù)為執(zhí)行程序長度壓縮了大約5-10%的額外空間。

　　2.4. 本地入口點

　　使用P-CODE，在程序代碼中有時也會產(chǎn)生額外的空間開銷，這就是P-CODE函數(shù)前面的本地入口點。

　　當(dāng)程序中局部使用P-CODE編譯時，很可能會發(fā)生機器碼函數(shù)調(diào)用P-CODE函數(shù)的情況。由于P-CODE指令段需由P-CODE引擎解釋執(zhí)行，這時就需要編譯器在P-CODE函數(shù)開始處額外增加幾條機器指令即本地入口點，以便機器轉(zhuǎn)換控制，停止執(zhí)行本地機器碼而調(diào)用P-CODE引擎，由P-CODE引擎繼續(xù)解釋執(zhí)行P-CODE函數(shù)。

　　3. P-CODE使用方法

　　P-CODE可用于Microsoft的Visual C++、Visual Basic等許多應(yīng)用程序開發(fā)包中，它可全局地用于整個應(yīng)用程序，也可通過使用“Pragmas”編譯指示有選擇地用于局部模塊中。

　　3.1. 全局使用方法

　　當(dāng)要求以部分速度代價來達到程序長度的顯著減小時，可對應(yīng)用程序全局地使用P-CODE編譯。如主要用于用戶界面的程序，象字處理器、電子日歷、小型企業(yè)財務(wù)軟件包等。

　　此使用方法比較簡單，只要改變應(yīng)用工程的編譯選項，然后重新編譯即可。例如在Visual C++工程中加上編譯選項開關(guān)“/Oq”，或在Visual Basic工程屬性的編譯頁幀中，選中“編譯為P-代碼”選項。

　　3.2. 局部使用方法

　　若要在程序的速度和長度性能上達到比較平衡的滿意效果，可在Visual C++源文件中有選擇性地加上P-CODE編譯指示，具體地指示編譯器將哪一段代碼編譯為P-CODE，而將哪一段代碼編譯為本地機器碼格式。

　　P-CODE局部使用方法是將編譯指示器“#Pragma Optimize(“q”,on)”置入想用P-CODE的模塊或函數(shù)開始處，而在用P-CODE的模塊或函數(shù)結(jié)束處加上編譯指示器“#Pragma Optimize(“q”,off)”。

　　一般來說，要想達到比較滿意的使用效果，就要將主要影響程序執(zhí)行速度的模塊或函數(shù)編譯為本地機器碼，如頻繁調(diào)用的函數(shù)、出現(xiàn)在循環(huán)內(nèi)的函數(shù)等。而將相對來說對程序的執(zhí)行速度起次要作用、主要影響程序長度的模塊或函數(shù)編譯為P-CODE，如用戶接口過程中的菜單和對話框模塊，因為這里程序執(zhí)行速度上的犧牲相對于用戶的工作速度來說，是微不足道的。還有一些很少使用的模塊或函數(shù)，如出錯處理函數(shù)、一般情形下不會用到的功能模塊也應(yīng)編譯為P-CODE。

　　4. P-CODE程序調(diào)試

　　用P-CODE編譯的程序，可使用Microsoft提供的調(diào)試工具如CodeView調(diào)試器等來進行調(diào)試。它對源代碼級和P-CODE匯編指令級二者都給予支持，所有正常的CodeView調(diào)試器命令，如BREAK、STEP、WATCH等在本地機器碼和P-CODE碼兩種方式下都會起作用，只不過在P-CODE方式下，程序在斷點暫停后，寄存器窗口顯示的是堆棧和P-CODE工作引擎的狀態(tài)。

　　因為P-CODE的引用會產(chǎn)生許多跳轉(zhuǎn)指令，使得目標(biāo)程序調(diào)試時難于閱讀和跟蹤，所以較好的策略是在程序開發(fā)調(diào)試階段用編譯開關(guān)“/Of_”關(guān)掉引用，當(dāng)程序全部調(diào)試完畢后再打開引用優(yōu)化編譯開關(guān)。

　　5. P-CODE性能分析

　　P-CODE技術(shù)的本質(zhì)是用程序執(zhí)行時間的少量增加來換取其長度的明顯減小。雖然P-CODE指令由工作引擎解釋執(zhí)行，固有地慢于CPU本地機器碼的執(zhí)行，但程序總體所需的執(zhí)行時間還取決于一些系統(tǒng)因素和程序員使用P-CODE的技巧。在內(nèi)存一定的環(huán)境中，大程序長度的減小也相應(yīng)地減少了其執(zhí)行時所需的內(nèi)存容量，從而需要較少的虛擬內(nèi)存交換頁，且相應(yīng)地提高了Cache命中率，因而減少了其運行時的系統(tǒng)開銷，故其P-CODE版本和本地機器碼版本最終在執(zhí)行速度上的差異很小。另外，采用P-CODE后，程序長度減小了，系統(tǒng)總的吞吐率也得到了改善。

　　6. 結(jié)束語

　　Microsoft的P-CODE技術(shù)為程序員提供了一種以少量增加運行時間代價而較方便地壓縮執(zhí)行文件長度的方法。它可通過簡單地重編譯而在程序中全局地使用，局部使用時將編譯指示置于關(guān)鍵過程之前，可保證最大限度地壓縮代碼長度而使性能損失最小化。