優化程序長度的一種方法

優化程序長度的一種方法

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

關鍵詞：程序優化 代碼壓縮 P-CODE 編譯指示器 程序調試

1. 前言

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

Microsoft公司為了滿足此需求，在其應用程序開發包中引進了一種稱為P-CODE(Packed Code, 壓縮碼)的代碼壓縮技術。此技術與本地機器無關，在大多數情況下，可把執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的解決方案，減少了應用程序對內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行。為了方便使用，P-CODE技術實現于編譯過程的代碼生成階段。例如開發者在C/C 中應用P-CODE技術時，只需把它作為一個“優化”選項選中即可

2.1. 指令格式

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

P-CODE技術能壓縮執行程序代碼長度的關鍵就在于工作引擎的指令格式。我們知道，在現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的地址碼，真正的操作數一般放在內存和寄存器中。而一般常用的指令格式是二地址碼結構，少量使用一地址碼和零地址碼結構。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，其工作引擎是一個基于堆棧的虛擬機，它的大多數指令中只有指令碼，沒有地址碼部分，隱含操作數存儲于系統堆棧中，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，它執行時從堆棧中彈出操作數，運算后的結果再壓回堆棧中。如用80x86匯編指令表示，就等價于下列指令段：

POP AX ;彈出第一個操作數到AX寄存器中

POP BX ;彈出第二個操作數到BX寄存器中

ADD AX, BX ;把兩數相加，結果存貯于AX寄存器中

PUSH AX ; 將AX寄存器中的結果壓回堆棧中

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，分為標準和擴展的操作碼兩大類。

標準操作碼占用一個字節，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，一字節指令使用頻率為56％，占代碼長度比例為37％，二字節指令使用頻率為39％，占代碼長度比例為52％，而三或四字節指令占用了余下很小的百分比。

2.3. 引用

P-CODE技術優化執行程序長度的另一個重要特性是引用。引用就是編譯器優化時，去掉代碼段的重復現象，共享代碼段的單個實例，類似于在高級語言中使用函數或過程的方法，當然它是編譯器自動進行的。編譯器優化時檢查它所產生的代碼，尋找指令段重復的地方，在程序中只保留重復段的一次出現，將所有其它出現的地方都改為指向保留段的一條跳轉指令。此技術為執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生額外的空間開銷，這就是P-CODE函數前面的本地入口點。

當程序中局部使用P-CODE編譯時，很可能會發生機器碼函數調用P-CODE函數的情況。由于P-CODE指令段需由P-CODE引擎解釋執行，這時就需要編譯器在P-CODE函數開始處額外增加幾條機器指令即本地入口點，以便機器轉換控制，停止執行本地機器碼而調用P-CODE引擎，由P-CODE引擎繼續解釋執行P-CODE函數。

3. P-CODE使用方法

P-CODE可用于Microsoft的Visual C 、Visual Basic等許多應用

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