控制流分析(Control Flow Analysis)

控制流(Control Flow)：操作的序列

控制流分析(Control Flow Analysis)：通过分析程序去发现每一过程内控制流层次结构。

控制流分析的原因：

• 控制流分析(CFA)能够帮助我们理解控制流图（control-flow graphs,CFG）的结构
• 能够确定控制流图中的循环结构
• 通过CFA获得的必经结点信息，为代码动作形成条件
• SSA形式的构造
• 通过CFA获得区间结构，来实现数据流分析
• 寻找在并行化中所需要的控制依赖

控制流分析的方法

确定构造过程的基本块构造CFG，有如下两种途径：

• 使用必经结点来找出循环，并为优化简单地标识出它所找到的循环
• 区间分析（成熟变体：结构分析（对例程中的每一种控制流结构进行分类））

基本块

1、基本块（basic block）：

一个只能从第一条指令进入，最后一条指令离开的最长指令序列。

2、构建基本块

先确定首领（leader）：基本块的第一条指令

1. 例程的入口点，或
2. 分支的目标，或
3. 直接紧跟在分支指令或返回指令之后的所有指令

3、构建基本块的算法

Input: List of n instructions(instr[i]=ith instruction)
Output: Set of leaders & list of basic blocks(block[x] is block with leader x)

//第一条指令是领导
leaders = {1}
for i = 1 to n  //找到所有的领导
	if instr[i] is a branch
		leaders = leaders U set of potential targets of instr[i]
for each xleaders
	block[x] = {x}
	i = x + 1     //补足第x个基本块
	while i<=n and ileaders
		block[x] = block[x] {i}
		i = i + 1

控制流图（CFG）

1、定义：有向图

 

注意：entry,exit基本块不是实质性的，引入是为了算法的描述简单

2、构造过程

• 每一个CFG节点代表一个基本块
• 节点i到j有边，若

1. 基本块i的最后一条语句分支跳转到块j的第一条语句，或者
2. 块i不是以无条件分支结束且块j直接跟在其后面

3、从基本块构造CFG算法

Input:A list of m basic blocks(block)
Output:A CFG where each node is a basic block

for i = 1 to n
	x = last instruction of block[i]
	if instr x is a branch
		for each target(to block j)of instr x
			create an edge from block i to block j
	if instr x is not an unconditional branch
		create an edge from block i to block i+1

例子（鲸书中的）：

扩展基本块

1、扩展基本块（extended basic block）:

从一个首领开始的最长指令序列，在这个指令序列中，除了第一个结点之外不含其他汇合结点

• 只有一个入口且可能有多个出口（可看作以入口基本块为根的一棵树）
• 某些局部优化（如指令调度）在扩展基本块上更加有效

2、算法

对以r为根的扩展基本块，构造其内诸基本快的索引集合

全局变量EbbRoots记录扩展基本块的根基本块

procedure Build_Ebb(r,Succ,Pred)
{
	Ebb = {}
	Add_Bbs(r,Ebb,Succ,Pred)
	return Ebb
}

procedure Add_Bbs(r,Ebb,Succ,Pred)
{
	Ebb = Ebb{r}
	for each xSucc(r) do
		if |Pred(x)|=1& xEbb then
			Add_Bbs(x,Ebb,Succ,Pred)
		else if xEbbRoots then
			EbbRoots = EbbRoots{x}
}