使用Ｐ－ＣＯＤＥ優(yōu)化程序的長(zhǎng)度

楊上熠

中圖分類(lèi)號(hào)：TP

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-0992(2009)03-0142-02

摘要：本文分析了Microsoft公司優(yōu)化程序長(zhǎng)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(wèn)題，

關(guān)鍵詞：程序優(yōu)化代碼壓縮P-CODE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(zhǎng)度持續(xù)增長(zhǎng)，但由于系統(tǒng)的開(kāi)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(zhǎng)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(kāi)發(fā)包中引進(jìn)了一種稱(chēng)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(wú)關(guān)，在大多數(shù)情況下，可把執(zhí)行程序的長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)程的代碼生成階段。例如開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jiǎn)單的兩個(gè)寄存器值相加匯編指令寫(xiě)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(méi)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(jiǎn)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80×86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(zhǎng)度

P-CODE引擎使用堆棧隱含尋址。使得其操作碼長(zhǎng)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(lèi)。

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(wàn)行的C程序中，一字節(jié)指令使用頻率為56％，占代碼長(zhǎng)度比例為37％，二字節(jié)指令使用頻率為39％，占代碼長(zhǎng)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(zhǎng)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(lèi)似于在高級(jí)語(yǔ)言中使用函數(shù)或過(guò)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±世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(zhǎng)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(kāi)銷(xiāo)，這就是P-CODE函數(shù)前面的本地人口點(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(kāi)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函效。

3、P-CODE使用方法

P-CODE可用于Microsoft的Visual C++、Visual Basic等許多應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)包中。它可全局地用于整個(gè)應(yīng)用程序，也可通過(guò)使用“Pragmas”編譯指示有選擇地用于局部模塊中。

3.1.全局使用方法

當(dāng)要求以部分速度代價(jià)來(lái)達(dá)到程序長(zhǎng)度的顯著減小時(shí)，可對(duì)應(yīng)用程序全局地使用P-CODE編譯。如主要用于用戶界面的程序，象字處理器、電子日歷、小型企業(yè)財(cái)務(wù)軟件包等。

此使用方法比較簡(jiǎn)單，只要改變應(yīng)用工程的編譯選項(xiàng)，然后重新編譯即可。例如在Visual C++工程中加上編譯選項(xiàng)開(kāi)關(guān)“／Oq”，或在Visual Basic工程屬性的編譯頁(yè)幀中，選中“編譯為p-代碼”選項(xiàng)。

3.2.局部使用方法

若要在程序的速度和長(zhǎng)度性能上達(dá)到比較平衡的滿意效果，可在Visual C++源文件中有選擇性地加上P-CODE編譯指示，具體地指示編譯器將哪一段代碼編譯為P-CODE，而將哪一段代碼編譯為本地機(jī)器碼格式。

P-CODE局部使用方法是將編譯指示器“#Pragma Optimize(“q”，on)”置入想用P-CODE的模塊或函數(shù)開(kāi)始處，而在用P-CODE的模塊或函數(shù)結(jié)束處加上編譯指示器“#Praona Optimize(“q”，off)”。

一般來(lái)說(shuō)，要想達(dá)到比較滿意的使用效果，就要將主要影響程序執(zhí)行速度的模塊或函數(shù)編譯為本地機(jī)器碼，如頻繁調(diào)用的函數(shù)、出現(xiàn)在循環(huán)內(nèi)的函數(shù)等。而將相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)程序的執(zhí)行速度起次要作用、主要影響程序長(zhǎng)度的模塊或函數(shù)編譯為P-CODE。如用戶接口過(guò)程中的菜單和對(duì)話框模塊，因?yàn)檫@里程序執(zhí)行速度上的犧牲相對(duì)于用戶的工作速度來(lái)說(shuō)，是微不足道的。還有一些很少使用的模塊或函數(shù)，如出錯(cuò)處理函數(shù)、一般情形下不會(huì)用到的功能模塊也應(yīng)編譯為P-CODE。

4、P-CODE程序調(diào)試

用p-CODE編譯的程序，可使用Microsoft提供的調(diào)試工具如CodeView調(diào)試器等來(lái)進(jìn)行調(diào)試。它對(duì)源代碼級(jí)和P-CODE匯編指令級(jí)二者都給予支持，所有正常的CodeView調(diào)試器命令。如BREAK、STEP、wATCH等在本地機(jī)器碼和P-CODE碼兩種方式下都會(huì)起作用，只不過(guò)在P-CODE方式下，程序在斷點(diǎn)暫停后，寄存器窗口顯示的是堆棧和P-CODE工作引擎的狀態(tài)。

因?yàn)镻-CODE的引用會(huì)產(chǎn)生許多跳轉(zhuǎn)指令，使得目標(biāo)程序調(diào)試時(shí)難于閱讀和跟蹤，所以較好的策略是在程序開(kāi)發(fā)調(diào)試階段用編譯開(kāi)關(guān)“/OF”關(guān)掉引用。當(dāng)程序全部調(diào)試完畢后再打開(kāi)引用優(yōu)化編譯開(kāi)關(guān)。

5、P-CODE性能分析

P-CODE技術(shù)的本質(zhì)是用程序執(zhí)行時(shí)間的少量增加來(lái)?yè)Q取其長(zhǎng)度的明顯減小。雖然P-CODE指令由工作引擎解釋執(zhí)行，固有地慢于CPU本地機(jī)器碼的執(zhí)行，但程序總體所需的執(zhí)行時(shí)間還取決于一些系統(tǒng)因素和程序員使用P-CODE的技巧。在內(nèi)存一定的環(huán)境中，大程序長(zhǎng)度的減小也相應(yīng)地減少了其執(zhí)行時(shí)所需的內(nèi)存容量，從而需要較少的虛擬內(nèi)存交換頁(yè)，且相應(yīng)地提高了Cache命中率，因而減少了其運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，故其P-CODE版本和本地機(jī)器碼版本最終在執(zhí)行速度上的差異很小。另外。采用p-CODE后，程序長(zhǎng)度減小了，系統(tǒng)總的吞吐率也得到了改善。

6、結(jié)束語(yǔ)

Microsoft的P-CODE技術(shù)為程序員提供了一種以少量增加運(yùn)行時(shí)間代價(jià)而較方便地壓縮執(zhí)行文件長(zhǎng)度的方法。它可通過(guò)簡(jiǎn)單地重編譯而在程序中全局地使用，局部使用時(shí)將編譯指示置于關(guān)鍵過(guò)程之前，可保證最大限度地壓縮代碼長(zhǎng)度而使性能損失最小化。