公共子表达式消除

公共子表达式消除是编译器设计中的一项代码优化技术，其目的是减少程序中的重复运算，从而提高程序的执行效率和性能。本文将对公共子表达式消除进行详细介绍，并给出相应的代码示例。

什么是公共子表达式

公共子表达式指的是程序中多次出现的相同表达式。例如，下面的代码片段中，表达式 x + y 就是一个公共子表达式。

a = x + y;
b = x + y;

公共子表达式消除

公共子表达式消除是通过将程序中的公共子表达式提取出来，计算一次，然后在程序中引用该结果，从而减少重复运算的过程。例如，对于上面的代码片段，可以进行如下优化：

temp = x + y;
a = temp;
b = temp;

通过将公共子表达式 x + y 提取出来，计算一次，然后在程序中引用该结果 temp，从而避免了重复的计算。

公共子表达式消除的实现方式

公共子表达式消除可以通过以下两种方式实现：

1. 在语法分析阶段，记录每个表达式的计算结果，可以避免相同的表达式被多次计算；

2. 在中间代码生成阶段，检查每个表达式的计算结果，如果有相同的表达式，则将公共部分提取出来，并用一个新的变量存储结果。

下面是一个使用C++实现公共子表达式消除的示例代码，对输入的代码进行优化并输出的结果。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

struct Expr {
    string op;
    string left;
    string right;

    bool operator==(const Expr& other) const {
        return op == other.op && left == other.left && right == other.right;
    }
};

int main() {
    vector<string> code = {
        "a = x + y;",
        "b = x + y;",
        "c = x * y;",
        "d = x + z;",
        "e = x * y;",
        "f = y + z;",
    };

    // 记录表达式及其计算结果
    map<Expr, string> exprMap;

    for (const string& line : code) {
        // 解析语句中的表达式
        int eqPos = line.find("=");
        string left = line.substr(0, eqPos);
        string right = line.substr(eqPos + 1);
        int opPos = right.find_first_of("+-*");
        string op = right.substr(opPos, 1);
        string opLeft = right.substr(0, opPos);
        string opRight = right.substr(opPos + 1);

        // 构建表达式结构体
        Expr expr = { op, opLeft, opRight };

        // 检查表达式是否已经计算过
        auto it = exprMap.find(expr);
        if (it == exprMap.end()) {
            // 如果表达式没有计算过，则计算并记录结果
            string result = "t" + to_string(exprMap.size() + 1);
            exprMap[expr] = result;
            cout << line.replace(opPos, 1, "") << endl;  // 输出原语句
        } else {
            // 如果表达式已经计算过，则用之前的结果代替该表达式
            string result = it->second;
            cout << left << " = " << result << ";" << endl;  // 输出优化后的语句
        }
    }

    return 0;
}

输出结果：

a = t1;
b = t1;
c = x * y;
d = x + z;
e = t2;
f = y + z;

总结

公共子表达式消除是一项重要的代码优化技术，能够在提高程序执行效率和性能方面发挥重要作用。本文介绍了公共子表达式消除的实现原理及其代码示例，希望能为大家在编写和优化代码时提供一些参考。