Ramirez Ochoa Edgar Rafael Grupo: 2891 Tcnicas de Optimizacin de Cdigo

Antes de empezar deberemos de definir los procesos que realizan los lenguajes

de programacin en las etapas de compilacin y/o interpretacin de manera

general para poder identificar en que momento se realiza la optimizacin de

cdigo.

Empezaremos por definir que el compilador es aquel traductor que tiene como

entrada una sentencia en un lenguaje formal y como salida tiene un fichero

ejecutable, realizando una traduccin de un cdigo de alto nivel a un cdigo

mquina.

Mediante las siguientes etapas:

Anlisis Lxico: Consiste en la agrupacin de

caracteres del texto fuente en grupos con

entidad propia denominados tokens o signos

lingsticos (identificadores, palabras

reservadas, separadores etc...).

Los tokens reconocidos son la entrada de la

siguiente fase.

Anlisis Sintctico: Se realiza el anlisis de la

sintaxis de las sentencias compuestas tokens

de acuerdo a la descripcin sintctica reflejada

en la gramtica del lenguaje.

Anlisis Semntico: Se analiza la semntica

de las sentencias, realizando consultas en

tablas auxiliarles denominadas tablas de

smbolos.

Generacin de Cdigo: En esta fase se genera el cdigo objeto para la mquina,

aqu es donde se realiza efectivamente la traduccin.

Optimizacin de Cdigo: Se realiza la optimizacin de tamao y/o velocidad al

cdigo generado.

Adems de estos procesos descritos que son realizados por un compilador,

existen otras actividades que se realizan internamente como el

Control de Tablas de Smbolos: Una tabla de smbolos es un estructura de datos

interna al compilador que almacena informacin sobre los objetos que se van

encontrando en el lenguaje fuente como variables, etiquetas, declaraciones de

tipos etc.. Por lo que al conjunto de procedimientos para el manejo de esta tabla

como introducir, consultar, modificar, borrar datos se le denomina Control de tabla

se smbolos

Tratamiento de Errores: Conjunto de rutinas y actividades que tratan la

identificacin de un error, su posible tratamiento o recuperacin y la emisin del

mensaje correspondiente.

En cuanto a los intrpretes el funcionamiento es relativamente diferente ya que

este se encarga de analizar y ejecutar simultneamente un programa escrito en un

lenguaje fuente.

Cualquier interprete tiene dos entradas, un programa P escrito en un lenguaje

fuente LF y datos de entrada, que mediante un proceso de interpretacin van

produciendo resultados.

La principal ventaja de los intrpretes sobre los compiladores es que permiten

una fcil depuracin. Entre los Inconvenientes podemos citar, en primer lugar, la

lentitud de ejecucin, ya que al ejecutar a la vez que se traduce no puede

aplicarse un alto grado de optimizacin.

Los mdulos o etapas de un intrprete son:

Traductor a Representacin Interna: Toma como entrada el cdigo del

programa en lenguaje fuente, lo analiza y lo transforma a la representacin

interna correspondiente a dicho programa.

Representacin Interna: La representacin interna debe ser consistente con el

programa original. Entre los tipos de representacin interna, los rboles sintcticos

son los ms utilizados y, si las caractersticas del lenguaje lo permiten, pueden

utilizarse estructuras de pila para una mayor eficiencia.

Tabla de smbolos: Durante el proceso de traduccin, es conveniente ir creando

una tabla con informacin relativa a los smbolos que aparecen. La informacin a

almacenar en dicha tabla de smbolos depende de la complejidad del lenguaje

fuente. Se pueden almacenar etiquetas para instrucciones de salto, informacin

sobre identificadores (nombre, tipo, lnea en la que aparecen, etc.) o cualquier otro

tipo de informacin que se necesite en la etapa de evaluacin.

Evaluador de Representacin Interna: A partir de la Representacin Interna

anterior y de los datos de entrada, se llevan a cabo las acciones indicadas para

obtener los resultados. Durante el proceso de evaluacin es necesario contemplar

la aparicin de errores.

Los compiladores, a diferencia de los intrpretes, transforman el programa a un

programa equivalente en un cdigo objeto (fase de compilacin), y en un segundo

paso generan los resultados a partir de los datos de entrada (fase de ejecucin).

Una vez conocidas las bases de los compiladores e intrpretes utilizados para la

generacin de programas funcionales podremos explicar las diferentes tcnicas que se

utilizan actualmente para la optimizacin del cdigo.

Como ya se vio la fase de la optimizacin se realiza despus de la generacin del cdigo de

todo programa o de un elemento ejecutable del programa por lo que necesariamente

depende el contexto.

El objetivo de la optimizacin del cdigo es el de mejorar la eficiencia en la ejecucin del

cdigo segn los criterios de Tiempo de Ejecucin (temporal), Espacio de Memoria

utilizado (espacial) mediante la revisin del cdigo generado en varios nivel de abstraccin

aplicando transformaciones segn este nivel.

Estas representaciones de cdigo intermedio se dan de ms a menos abstractas

o rbol Sintctico (optimiza subexperesiones redundantes, elimina cdigo

inalcanzable)

o Tuplas o Cuadruplas(optimiza el uso de registros o de las variables temporales)

o Ensamblador/ cdigo maquina (convertir saltos a saltos cortos, reordenar

instrucciones de cdigo mquina, utilizar instrucciones ms especficas)

o Utilizacin de estructuras ad hoc (grafos de flujo de ejecucin, grafos dirigidos

acclicos)

Tipos de optimizacin

Por el momento de compilacin.

- Independiente de maquina

o Transformaciones de cdigo intermedio (el compilador puede mejorar

los bucles, llamar a procedimientos, calcular direcciones)

- Dependiente de maquina

o Asignacin de Registros

o Ordenacin/Seleccin de Instrucciones

rea del programa donde se aplica

Local

o Reduccin de potencia

o Folding

o Propagacin de Constantes

o Reduccin de subexperesiones comunes

Las optimizaciones locales se realizan sobre el bloque bsico, siendo este un fragmento de

cdigo que tiene una nica entrada y salida y cuyas instrucciones se ejecutan

secuencialmente.

-Ensamblamiento (Folding)

En el Ensamblamiento se remplazan las expresiones por su resultado cuando se pueden

evaluar en tiempo de compilacin siendo un resultado constante.

-Propagacin de Constantes

La propagacin de constantes asigna a una variable el valor de una constante hasta la

siguiente asignacin, se considera a la variable equivalente a la constante.

-Reduccin de Potencia

Se busca sustituir operaciones costosas por otras ms simples (a=2*a ser sustituira por a=

a+a)

-Reduccin de subexperesiones comunes

Las subexperesiones que aparecen ms de una vez se calculan una sola vez y se reutiliza el

resultado.

Optimizacin dentro de bucles

La optimizacin de bucles es muy importante por las mejoras de tiempo de ejecucin que

se obtienen.

-Expansin de bucles (loop unrolling)

Solo se realiza en los bucles cuyo nmero de interacciones se conoce en tiempo de

ejecucin

Se puede aplicar a los bucles

for i=1 to 10 do No se puede aplicar a los bucles

for i=a to b do

La expansin de un bucle puede ser muy costosa en espacio. Hay que poner un criterio

heurstico para decidir si se aplica la expansin.

Se puede aplicar una expansin parcial en la que sigue existiendo el bucle, pero cada

iteracin del nuevo bucle corresponde a varias iteraciones del bucle original.

-Reduccin de frecuencia (frequency reduction)

La reduccin de frecuencia detecta las operaciones invariantes de bucle y las calcula una

nica vez delante del bucle.

for i=1 to n do c=i*sin(a);

sin(a) es una operacin invariante del bucle que puede pasar de calcularse n veces a una

con la siguiente transformacin

tmp=sin(a);

for i=1 to n do c=i*tmp;

Esta transformacin no tiene en cuenta que el bucle igual no se ejecuta ninguna vez y esto

supondra perder tiempo de ejecucin calculando la invariante de bucle

innecesariamente. Adems el clculo de la invariante puede producir un error de

ejecucin. (la divisin por cero).

- Variables Inductivas

Una variable V es inductiva cuando la nica forma en que se modifica su cdigo es

V=V+K , donde K es una invariante de bucle.

Se considerar la necesidad de generar una variable inductiva temporal T a partir de

encontrar expresiones de la forma V*C, donde C es una invariante de bucle.

Se sustituir V*C por T

Se inicializa T despus de la inicializacin de V como T=V*C (solo se ejecuta al entrar en

el bucle)

Al final de cada iteracin se aade

T=T+C*K

Global

Grafo del flujo de ejecucin

Antes de realizar una optimizacin global es necesario crear el grafo de flujo de ejecucin

este grafo de ejecucin representa todos los caminos posibles de ejecucin del programa,

por lo que es til tanto para el programador como el optimizador

La optimizacin global a partir del anlisis del grafo del flujo de ejecucin permite

Una propagacin de constantes fuera del bloque bsico.

Eliminacin del cdigo no utilizado

Una mejor asignacin de los registros.

Existen diferentes tipos de grafo

Orientado a procedimiento/funcin

Grafo de llamadas

Los pasos a realizar por el compilador cuando se analiza mediante un grafo

Dividir el programa en bloques bsicos

Se representa el programa en un cdigo intermedio donde queden explcitamente

representados los saltos condicionales e incondicionales.

Un bloque bsico ser cualquier trozo de cdigo que no contenga saltos ni etiquetas en

su interior (es posible tener etiquetas al inicio del bloque y saltos al final).

En el grafo, los vrtices representan los bloques bsicos y las aristas representan los

saltos de un bloque bsico a otro

Anlisis del Grafo del Flujo de Ejecucin

En el anlisis del grafo hay que considerar como la informacin sobre las variables y

expresiones se propaga a travs del grafo.

Esta informacin la representaremos en forma de conjuntos como los siguientes:

expresiones disponibles

Alcance de las definiciones

variables vivas

expresiones muy utilizadas