我正在为Pascal的子集编写编译器。编译器为成型机器生成机器指令。我想为这种机器语言编写一个窥视孔优化器，但是我无法替换一些更复杂的模式。
我研究了几种不同的编写窥视孔优化器的方法，并且我已经采用了后端方法：
emit()函数。emit(Instruction currentInstr)检查窥视孔优化表：
这个方法很简单，这是我遇到麻烦的实现方法。在我的编译器中，机器指令存储在Instruction类中。我写了一个InstructionMatch类来存储用于匹配机器指令的每个组件的正则表达式。如果模式与某些机器指令equals(Instruction instr)匹配，则其true方法返回instr。
但是，我无法完全应用我的规则。首先，我觉得根据我目前的做法，我最终会得到一堆不必要的物品。鉴于窥视孔优化数字的完整列表可以编号大约400个模式，这将快速失控。此外，我实际上无法使用这种方法进行更难的替换（参见“我的问题”）。
我读过的一篇论文将先前的指令折叠成一个长字符串，使用正则表达式进行匹配和替换，并将字符串转换回机器指令。这对我来说似乎是一种糟糕的方法，如果我错了，请纠正我。
x: JUMP x+1; x+1: JUMP y --> x: JUMP y
LOADL x; LOADL y; add --> LOADL x+y
LOADA d[r]; STOREI (n) --> STORE (n) d[r]
请注意，这些示例模式中的每一个都只是以下机器指令模板的可读表示形式：
op_code register n d
（n通常表示字数，d表示地址位移）。语法x: <instr>表示指令存储在代码存储区中的地址x。
因此，当LOADL 17操作码为5（5 0 0 17且LOADL未使用时，指令n等同于整机指令r指令）
所以，考虑到这个背景，我的问题是：当我需要将先前指令的部分包含在替换中的变量时，如何有效地匹配和替换模式？例如，我可以使用递增机器指令简单地替换LOADL 1; add的所有实例 - 我不需要执行此前任何操作的任何部分。但是我不知道如何在替换模式中有效地使用我的第二个例子的'x'和'y'值。
编辑：我应该提到Instruction类的每个字段只是一个整数（对于机器指令来说是正常的）。在模式表中使用'x'或'y'是一个代表任何整数值的变量。
答案 0 :(得分：16)
一种简单的方法是将窥视孔优化器实现为有限状态机。
我们假设您有一个原始代码生成器生成指令但不发出它们，并且 emit 例程将实际代码发送到对象流。
状态机捕获代码生成器生成的指令，并通过在状态之间转换来记住0或更多生成指令的序列。因此，状态隐含地记住生成但未发出的指令的（短）序列;它还必须记住它捕获的指令的关键参数，例如寄存器名称，常量值和/或寻址模式以及抽象目标存储器位置。特殊的开始状态会记住空的指令串。在任何时候，您都需要能够发出未经发送的指令（“冲洗”）;如果你一直这样做，你的窥视孔发生器捕获下一条指令，然后发出它，没有任何有用的工作。
为了做有用的工作，我们希望机器捕获尽可能长的序列。由于通常存在多种机器指令，因此实际上你不能记得太多或者状态机会变得非常庞大。但是记住最常见的机器指令（加载，添加，cmp，分支，存储）的最后两个或三个是切实可行的。机器的大小确实取决于我们要做的最长的窥视孔优化的长度，但如果长度为P，则整个机器不需要P状态深。
每个状态都根据代码生成器生成的“下一个”指令转换到下一个状态。想象一个状态代表N指令的捕获。 过渡选择是：
当刷新k指令时，实际发出的是那些k的窥视孔优化版本。您可以在发出此类指令时计算您想要的任何内容。您还需要记住适当地“移动”剩余指令的参数。
使用窥孔优化器状态变量以及代码生成器生成其下一条指令的每个点的case语句都很容易实现。 case语句更新窥孔优化器状态并实现转换操作。
假设我们的机器是增强堆栈机器，
PUSHVAR x
PUSHK i
ADD
POPVAR x
MOVE x,k
指令，但原始代码生成器仅生成纯堆栈机器指令，例如，它根本不发出MOV指令。我们希望窥视孔优化器能够做到这一点。
我们关心的窥视孔病例是：
PUSHK i, PUSHK j, ADD ==> PUSHK i+j
PUSHK i, POPVAR x ==> MOVE x,i
我们的状态变量是：
PEEPHOLESTATE (an enum symbol, initialized to EMPTY)
FIRSTCONSTANT (an int)
SECONDCONSTANT (an int)
我们的案例陈述：
GeneratePUSHK:
switch (PEEPHOLESTATE) {
EMPTY: PEEPHOLESTATE=PUSHK;
FIRSTCONSTANT=K;
break;
PUSHK: PEEPHOLESTATE=PUSHKPUSHK;
SECONDCONSTANT=K;
break;
PUSHKPUSHK:
#IF consumeEmitLoadK // flush state, transition and consume generated instruction
emit(PUSHK,FIRSTCONSTANT);
FIRSTCONSTANT=SECONDCONSTANT;
SECONDCONSTANT=K;
PEEPHOLESTATE=PUSHKPUSHK;
break;
#ELSE // flush state, transition, and reprocess generated instruction
emit(PUSHK,FIRSTCONSTANT);
FIRSTCONSTANT=SECONDCONSTANT;
PEEPHOLESTATE=PUSHK;
goto GeneratePUSHK; // Java can't do this, but other langauges can.
#ENDIF
}
GenerateADD:
switch (PEEPHOLESTATE) {
EMPTY: emit(ADD);
break;
PUSHK: emit(PUSHK,FIRSTCONSTANT);
emit(ADD);
PEEPHOLESTATE=EMPTY;
break;
PUSHKPUSHK:
PEEPHOLESTATE=PUSHK;
FIRSTCONSTANT+=SECONDCONSTANT;
break:
}
GeneratePOPX:
switch (PEEPHOLESTATE) {
EMPTY: emit(POP,X);
break;
PUSHK: emit(MOV,X,FIRSTCONSTANT);
PEEPHOLESTATE=EMPTY;
break;
PUSHKPUSHK:
emit(MOV,X,SECONDCONSTANT);
PEEPHOLESTATE=PUSHK;
break:
}
GeneratePUSHVARX:
switch (PEEPHOLESTATE) {
EMPTY: emit(PUSHVAR,X);
break;
PUSHK: emit(PUSHK,FIRSTCONSTANT);
PEEPHOLESTATE=EMPTY;
goto GeneratePUSHVARX;
PUSHKPUSHK:
PEEPHOLESTATE=PUSHK;
emit(PUSHK,FIRSTCONSTANT);
FIRSTCONSTANT=SECONDCONSTANT;
goto GeneratePUSHVARX;
}
#IF显示两种不同的转换样式，一种消耗生成的转换 指导，不指导;要么适用于这个例子。 当你最终得到几百个这样的案例陈述时， 你会发现两种类型都很方便，“不要消费”版本有帮助 你保持你的代码更小。
我们需要一个例程来冲洗窥视孔优化器：
flush() {
switch (PEEPHOLESTATE) {
EMPTY: break;
PUSHK: emit(PUSHK,FIRSTCONSTANT);
break;
PUSHKPUSHK:
emit(PUSHK,FIRSTCONSTANT),
emit(PUSHK,SECONDCONSTANT),
break:
}
PEEPHOLESTATE=EMPTY;
return; }
考虑这个窥孔优化器对以下生成的代码的作用很有意思：
PUSHK 1
PUSHK 2
ADD
PUSHK 5
POPVAR X
POPVAR Y
整个FSA方案的作用是隐藏状态转换中的模式匹配，以及对案例中匹配模式的响应。您可以手动编写代码，并且编码和调试速度快且相对容易。但是当案例数量变大时，您不希望手动构建这样的状态机。您可以编写一个工具来为您生成此状态机;这方面的好背景将是FLEX或LALR解析器状态机生成。我不打算在此解释： - }