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死碼刪除

編譯器原理中，死碼消除（Dead code elimination）是一種編譯最佳化技術，它的用途是移除對程式執行結果沒有任何影響的程式碼。移除這類的程式碼有兩種優點，不但可以減少程式的大小，還可以避免程式在執行中進行不相關的運算行為，減少它執行的時間。不會被執行到的程式碼（unreachable code）以及只會影響到無關程式執行結果的變數（Dead Variables），都是死碼（英語：dead code）（Dead code）的範疇。

範例

下列的範例，以C語言寫成： 

 int foo(void)
 {
   int a = 24;
   int b = 25; /* 賦值給一個無用的變數*/
   int c;
   c = a << 2;
   return c;
   b = 24; /* 不會被執行到的程式碼*/
   return 0;
 }

分析上述程式對於數值的使用，將會發現b的數值在第一次被賦值之後，就不再使用，而且b是在foo函數內宣告，無法在函數外面使用，所以變數b是無用的，最佳化的過程可以回收他所使用的空間，並刪除他的初始化。

當第一個return被執行，則代表函數已經結束，之後變數b的賦值行為則不會被執行，所以賦值行為是可以被刪除的。如果程式有更複雜的控制流程，例如在第一個return之後加上一個標簽，使得程式中任和一個地方都可以用goto來執行到這個程式段，那麼變數b的賦值行為將有可能被執行。

儘管一些計算行為被包裝成函數，他們的數值也無法被函數外所存取，但仍然還是有些函數僅會回傳一個固定的數值，這或許可以將該數值取代所有函數的呼叫。（這個簡化的過程被稱之為常數折疊）

更進階的編譯器則會有些選項可以啓動死碼刪除的功能，而有些則是可以選擇不同等級的死碼刪除，比較低階等級的死碼刪除僅會移除不會被執行到的指令，而較高階的可能不會保留無用變數的空間，其他高階等級的做法可能會判斷哪些指令及函數沒有任何用途，並且刪除他們。

死碼刪除最普遍的做法，是透過預處理器來判斷程式碼是否需要被編譯，如下列這個範例： 

 int main(void) {
   int a = 5;
   int b = 6;
   int c;
   c = a * (b >> 1);
   if (0) {   /* DEBUG */
     printf("%d\n", c);
   }
   return c;
 }

由於0將永遠被視為False，所以if判斷式內的程式將永遠不會被執行，死碼刪除將會把它移除，這個技術在除錯上相當常見，我們可以透過一個數值來決定程式段是否該被編譯，使用死碼刪除的最佳化過程，將會使用預處理器來進行相同的工作。

實作中，有些在最佳化過程中找到的死碼，是被其他最佳化技術產生，舉例來說，典型強度折減的技術，將會在程式碼內插入新的運算以取代昂貴的運算行為，而被取代的程式碼就成了死碼[1]，隨後，死碼刪除會移除那些計算，以完成這個效果（沒有複雜的強度折減演算法）。

從歷史上來看，死碼刪除使用來自資料流分析的資訊[2]，Cytron et al在原始文章中發佈了一個基於靜態單賦值形式的演算法[3]，Shillingsburg改進了這個演算法，並開發了一個演算法來移除無用的控制流（Control-flow）[4]。

動態死碼刪除

死碼通常被視為無條件的（unconditionally），所以我們可以在編譯時期透過死碼刪除來移除這些無用的程式碼。

然而，在實作上，只有在特定的情形才會標注一個程式碼區段是無用的，或是不會執行到的，這可能無法在編譯時期所得知。例如在不同的執行環境有不同的結果（舉例來說，目標環境可能會有不同的作業系統版本，或是不同的驅動程式及可用服務的組合），可能會在程式碼內要求不同特例的集合，同時在這些案例下就變成有條件的死碼。然而，軟件（例如驅動程式、或是常駐服務）可能會根據用戶的設置，而組態或排除特定的功能，使得在一些特定的情境，會變成部分無用的死碼。模組化軟件實作方式，是在需要時才讀取動態函式庫，在多數的案例中，不可能僅從特定的函式庫讀取相關的程式，它仍然會包含一些程式片段，在特定的環境下是可被視為死碼，但是這在編譯時期是無法被排除的。

動態死碼刪除（dynamic dead code elimination）被使用在執行時動態偵測，可辨識及解析相依性，用以移除有條件的死碼，在執行時期重新組合保留的程式碼。

多數的電腦語言、編譯器、作業系統不提供，或是僅比動態讀取函式庫及後連結（late linking）提供多一點點的功能，能使用動態死碼刪除的軟件是相當稀少的。

參考文獻

Partial dead code elimination using slicing transformations Found in: Proceedings of the ACM SIGPLAN 1997 conference on Programming language design and implementation (PLDI '97) By Rastislav Bodík, Rajiv Gupta Issue Date:June 1997 pp. 682–694

  1. ^ Frances Allen, John Cocke, and Ken Kennedy. Reduction of Operator Strength. In Program Flow Analysis, Muchnick and Jones (editors), Prentice-Hall, 1981.
  2. ^ Ken Kennedy. A Survey of Data-flow Analysis Techniques. In Program Flow Analysis, Muchnick and Jones (editors), Prentice-Hall, 1981.
  3. ^ Ron Cytron, Jeanne Ferrante, Barry Rosen, and Ken Zadeck. Efficiently Computing Static Single Assignment Form and the Program Dependence Graph. ACM TOPLAS 13(4), 1991.
  4. ^ Keith D. Cooper and Linda Torczon, Engineering a Compiler, Morgan Kaufmann, 2003, pages 498ff.

參考書籍

  • Grune, Dick; Bal, Henri E.; Jacobs, Ceriel J.H.; Langendoen, Koen G. Modern Compiler Design. John Wiley & Sons, Inc. 2000. ISBN 0-471-97697-0. 

外部連結

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