Оптимизация программ

Компилятор и требования к коду программы

Компиляция программ может рассматриваться как один из методов оптимизации процессов, осуществляемый как символьное преобразование - трансляция с исходного языка высокого уровня на язык низкого уровня, допускающий оптимизирующую кодогенерацию [ [ 30 ] , [ 40 ] , [ 58 ] , [ 60 ] , [ 68 ] , [ 69 ] ].

Описанная ранее абстрактная машина SECD удобна для спецификации машинно-зависимых аспектов семантики Лиспа. Такой подход позволяет не загромождать определение компилятора, добиться его прозрачности, но главное, такое определение может быть машинно-независимым и переносимым [ [ 23 ] ].

В этом отношении следует отметить:

1. единое пространство функций, их аргументов и всех обозначений, роль которых определяется по контексту при интерпретации форм;
2. разрешение функциональных переменных, значение которых конструируется (вычисляется) в процессе их интерпретации. Это позволяет вводить частичные определения, уточняемые по мере необходимости;
3. самоопределение основных механизмов символьной обработки и, следовательно, открытый характер системы программирования, поддерживающей функциональное программирование;
4. мягкость пространтственно-временных ограничений, без точных численных оценок по отдельным параметрам;
5. поощрение рекурсивных определений;
6. предельная уточняемость и детализируемость определений, управление временем их существования и выполнения.

Компилятор - это средство оптимизации, позволяющее программам работать во много раз быстрее, чем было бы при интерпретации.

Использование в системах программирования пары интепретатор-компилятор при написании большой программы позволяет отлаживать отдельные функции, используя интерпретатор, а компилировать только те из них, которые уже хорошо отлажены. Такая пара обладает большей гибкостью и универсальностью, чем традиционная пара отладчик-компилятор.

Программист получает следующие преимущества:

1. Нет необходимости компилировать все функции, которые используются лишь эпизодически. Интерпретатору доступны скомпилированные функции. Компилированные функции, использующие интерпретируемые функции, могут вычислять их непосредственно при счете.
2. Порядок выполнения компиляции не имеет значения. Даже нет необходимости определять все функции до тех пор, пока они не понадобятся при счете.
3. Лишь в компилируемых функциях свободные переменные должны объявляться до компиляции функций.

Последнее требование проясняет роль типового контроля в стандартных, ориентированных на компиляцию без интерпретации, системах программирования. Компиляция всех объектов осуществляется без анализа фактических данных, а это и означает, что на момент компиляции переменные, как правило, являются свободными. Интерпретация располагает более полной информацией, связывающей необходимые для вычислений переменные с конкретными значениями, тип которых определен.

Когда переменная используется как свободная, это значит, что она должна быть связана на более высоком уровне. При интерпретации функций может быть обнаружена переменная, не связанная вообще, о чем система известит пользователя соответствующим диагностическим сообщением об ошибке.

При трансляции функций в подпрограммы переменные отображаются в адреса при распределении памяти, в которой размещаются значения аргументов. Для обычных переменных распределение памяти - это стек. Другие функции не могут знать адреса таких переменных, что и не позволяет рассматривать их как свободные.

Компиляция. Венский метод. Операционная семантика

Функциональный подход к программированию наиболее убедительно выражен в Венской методике определения языков программирования. Эта методика разработана в конце 60-х годов [ [ 74 ] ]. Основная идея - использование абстрактного синтаксиса и абстрактной машины при определении семантики языка программирования. Конкретный синтаксис языка отображается в абстрактный - анализ, а абстрактная машина может быть реализована с помощью конкретной машины - кодогенерация, причем и то, и другое может иметь небольшой объем и невысокую сложность. Сущность определения языка концентрируется в виде так называемой семантической функции языка, выполняющей переход от абстрактного синтаксиса к абстрактной машине - трансляцию.

При такой архитектуре компилятор можно рассматривать как три комплекта функций, обеспечивающих анализ программы, ее трансляцию и кодогенерацию. Главная задача анализа - обнаружить основные понятия и выделить, вывести или вычислить по тексту программы значения компонентов структуры, представляющей собой абстрактный синтаксис программы. Эта работа сводится к набору распознавателей и селекторов, названия которых могут быть выбраны в зависимости от смысла понятий, составляющих программу, а реализация варьируется в зависимости от конкретного синтаксиса языка. Тогда при любом конкретном синтаксисе разбор программы выполняется тем же самым определением, что и анализ ее абстрактного представления, которое играет роль спецификации. Любое определение анализа выглядит как перебор распознавателей, передающих управление композициям из селекторов, выбирающих существенные компоненты из анализируемой программы и заполняющих поля определенной структуры или значениями, или программами их вычисления. Содержимое полей предназначено для генерации кода программы, эквивалентной исходному тексту программы, а заодно и ее абстрактной структуре.

Например, если лисповскую форму PROG рассматривать как представление абстрактного синтаксиса для подмножества языка Паскаль, содержащего переменные, константы, арифметические операции и сравнения, пустой оператор, присваивание, последовательное исполнение операторов, условный оператор и безусловный переход goto, то необходим набор распознавателей, выявляющих эти понятия, и селекторов, выделяющих их характеристики. Селекторы имеют смысл лишь при истинности соответствующего распознавателя.

Использование списочных форм в качестве абстрактного синтаксиса позволяет все распознаватели свести к анализу головы списка