優(yōu)化程序長度的一種方法

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(shí)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(shí)也要求應(yīng)用程序能在多種環(huán)境下運(yùn)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(yùn)行時(shí)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(jìn)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(jī)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(gè)靈活而又容易實(shí)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(jī)器碼緊湊得多的中間代碼形式，然后在鏈接時(shí)把一個(gè)小工作引擎嵌入執(zhí)行程序中，最后在運(yùn)行時(shí)由此工作引擎把P-CODE解釋為本地機(jī)器碼實(shí)際執(zhí)行。為了方便使用，P-CODE技術(shù)實(shí)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(shí)，只需把它作為一個(gè)“優(yōu)化”選項(xiàng)選中即可

2.1. 指令格式

在應(yīng)用P-CODE技術(shù)時(shí)，鏈接器會(huì)自動(dòng)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(yùn)行時(shí)它仿真一個(gè)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(jì)算機(jī)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(gè)寄存器值相加匯編指令寫為：ADD AX, BX; AX←(AX) (BX)

而P-CODE是一個(gè)獨(dú)立于本地機(jī)器的虛擬指令系統(tǒng)，其工作引擎是一個(gè)基于堆棧的虛擬機(jī)，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(chǔ)于系統(tǒng)堆棧中，因而遠(yuǎn)比本地機(jī)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(shí)從堆棧中彈出操作數(shù)，運(yùn)算后的結(jié)果再壓回堆棧中。如用80x86匯編指令表示，就等價(jià)于下列指令段：

POP AX ;彈出第一個(gè)操作數(shù)到AX寄存器中

POP BX ;彈出第二個(gè)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(gè)字節(jié)，分為標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展的操作碼兩大類。

標(biāo)準(zhǔn)操作碼占用一個(gè)字節(jié)，由255條最常用的指令組成，擴(kuò)展操作碼由256條不太常用的指令組成。有統(tǒng)計(jì)表明，在一個(gè)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(gè)重要特性是引用。引用就是編譯器優(yōu)化時(shí)，去掉代碼段的重復(fù)現(xiàn)象，共享代碼段的單個(gè)實(shí)例，類似于在高級(jí)語言中使用函數(shù)或過程的方法，當(dāng)然它是編譯器自動(dòng)進(jìn)行的。編譯器優(yōu)化時(shí)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(diǎn)

使用P-CODE，在程序代碼中有時(shí)也會(huì)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(diǎn)。

當(dāng)程序中局部使用P-CODE編譯時(shí)，很可能會(huì)發(fā)生機(jī)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(shí)就需要編譯器在P-CODE函數(shù)開始處額外增加幾條機(jī)器指令即本地入口點(diǎn)，以便機(jī)器轉(zhuǎn)換控制，停止執(zhí)行本地機(jī)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

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