优化程序长度方法探讨研究

　　摘要：当要求以部分速度代价来达到程序长度的显著减小时，可对应用程序全局地使用P-CODE编译。如主要用于用户界面的程序，象字处理器、电子日历、小型企业财务软件包等。

　　关键词：程序优化,代码压缩,P-CODE,编译指示器,程序调试

　　1. 前言

　　用户要求应用程序有更多更全的功能，使得应用程序的代码长度持续增长，但由于系统的开放性，有时也要求应用程序能在多种环境下运行，有很好的可移植性。这要限制应用程序的代码长度，减少其运行时所占的内存容量。

　　Microsoft公司为了满足此需求，在其应用程序开发包中引进了一种称为P-CODE(Packed Code, 压缩码)的代码压缩技术。此技术与本地机器无关，在大多数情况下，可把执行程序的长度减少大约40%，为程序员提供了一个灵活而又容易实现的解决方案，减少了应用程序对内存容量日益增长的需求。

　　2. P-CODE工作原理

　　P-CODE 的基本工作原理是编译器先把执行程序编译为比80X86机器码紧凑得多的中间代码形式，然后在链接时把一个小工作引擎嵌入执行程序中，最后在运行时由此工作引擎把P-CODE解释为本地机器码实际执行。为了方便使用，P-CODE技术实现于编译过程的代码生成阶段。例如开发者在C/C++中应用P-CODE技术时，只需把它作为一个“优化”选项选中即可

　　2.1. 指令格式

　　在应用P-CODE技术时，链接器会自动拷贝一份长度约为9K的P-CODE工作引擎到执行程序中，程序运行时它仿真一个虚拟处理器。

　　P-CODE技术能压缩执行程序代码长度的关键就在于工作引擎的指令格式。我们知道，在现代计算机的指令格式中，指令除指令码外，还包括指出源和目的操作数的地址码，真正的操作数一般放在内存和寄存器中。而一般常用的指令格式是二地址码结构，少量使用一地址码和零地址码结构。例如最简单的两个寄存器值相加汇编指令写为：ADD AX, BX; AX←(AX)+(BX)

　　而P-CODE是一个独立于本地机器的虚拟指令系统，其工作引擎是一个基于堆栈的虚拟机，它的大多数指令中只有指令码，没有地址码部分，隐含操作数存储于系统堆栈中，因而远比本地机器指令紧凑。同样上述的工作，P-CODE就可简化为ADDW，它执行时从堆栈中弹出操作数，运算后的结果再压回堆栈中。如用80x86汇编指令表示，就等价于下列指令段：

　　POP AX ;弹出第一个操作数到AX寄存器中

　　POP BX ;弹出第二个操作数到BX寄存器中

　　ADD AX, BX ;把两数相加，结果存贮于AX寄存器中

　　PUSH AX ; 将AX寄存器中的结果压回堆栈中

　　2.2. 操作码长度

　　P-CODE引擎使用堆栈隐含寻址，使得其操作码长度平均小于2个字节，分为标准和扩展的操作码两大类。

　　标准操作码占用一个字节，由255条最常用的指令组成，扩展操作码由256条不太常用的指令组成。有统计表明，在一个全部编译为P-CODE的20万行的C程序中，一字节指令使用频率为56%，占代码长度比例为37%，二字节指令使用频率为39%，占代码长度比例为52%，而三或四字节指令占用了余下很小的百分比。

　　2.3. 引用

　　P-CODE技术优化执行程序长度的另一个重要特性是引用。引用就是编译器优化时，去掉代码段的重复现象，共享代码段的单个实例，类似于在高级语言中使用函数或过程的方法，当然它是编译器自动进行的。编译器优化时检查它所产生的代码，寻找指令段重复的地方，在程序中只保留重复段的一次出现，将所有其它出现的地方都改为指向保留段的一条跳转指令。此技术为执行程序长度压缩了大约5-10%的额外空间。

　　2.4. 本地入口点

　　使用P-CODE，在程序代码中有时也会产生额外的空间开销，这就是P-CODE函数前面的本地入口点。

　　当程序中局部使用P-CODE编译时，很可能会发生机器码函数调用P-CODE函数的情况。由于P-CODE指令段需由P-CODE引擎解释执行，这时就需要编译器在P-CODE函数开始处额外增加几条机器指令即本地入口点，以便机器转换控制，停止执行本地机器码而调用P-CODE引擎，由P-CODE引擎继续解释执行P-CODE函数。

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文章名称： 优化程序长度方法探讨研究

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