常数折叠

常数折叠（Constant folding）以及常数传播（constant propagation）都是编译器最佳化技术，他们被使用在现代的编译器中。进阶的常数传播形式，或称之为稀疏有条件的常数传播（sparse conditional constant propagation），可以更精确地传播常数及无缝的移除无用的程式码。

常量折叠

常数折叠是一个在编译时期简化常数的一个过程，常数在表示式中仅仅代表一个简单的数值，就像是整数 2，若是一个变数从未被修改也可作为常数，或者直接将一个变数被明确地被标注为常数，例如下面的描述：

  i = 320 * 200 * 32;

多数的现代编译器不会真的产生两个乘法的指令再将结果储存下来，取而代之的，他们会辨识出语句的结构，并在编译时期将数值计算出来（在这个例子，结果为2,048,000），通常会在中介码（IR，intermediate representation）树中进行。

有些编译器，常数折叠会在初期就处理完，所以像是C语言的阵列，初始化时就可以接受简单的运算表示式。而将常数折叠放在较后期的阶段的编译器，也相当常见。

常数折叠可以在编译器前端的IR树完成，在程式码转换为三位址码之前。常数折叠也可以在后端完成，作为常数传播的附加功能。

常数折叠与跨平台编译

在实现一个跨平台编译器时，必须确保目标平台的算术运算的行为与编译平台结构是吻合的，而且启动常数折叠将会改变程式的行为，这在浮点数的运算中是非常重要的，浮点数精确度问题的影响是非常广的。

常数传播

常数传播是一个替代表示式中已知常数的过程，也是在编译时期进行，包含前述所定义，内建函数也适用于常数，以下列描述为例：

  int x = 14;
  int y = 7 - x / 2;
  return y * (28 / x + 2);

传播x变数将会变成：

  int x = 14;
  int y = 7 - 14 / 2;
  return y * (28 / 14 + 2);

持续传播，则会变成：（还可以再进一步的消除无用程式码x及y来进行最佳化）

  int x = 14;
  int y = 0;
  return 0;

常数传播在编译器中使用定义可达性（Reaching definition）分析实作，如果一个变数的所有定义可达性，都是赋予相同的数值，那么这个变数将会是一个常数，而且会被常数取代。

常数传播也可能导致使状态的分支简化，或是变成更复杂，当状态表示式在编译时期可以被计算为TRUE或是FALSE时，就可以决定他唯一的一种可能。

最佳化的行为

常数折叠及传播通常会同时被使用在简化以及减少，借由交错使用他们，一直到没有必要再改变，举例来说：

  int a = 30;
  int b = 9 - a / 5;
  int c;

  c = b * 4;
  if (c > 10) {
     c = c - 10;
  }
  return c * (60 / a);

使用常数传播，再使用常数折叠后，产生：

  int a = 30;
  int b = 3;
  int c;

  c = b * 4;
  if (c > 10) {
     c = c - 10;
  }
  return c * 2;

再做一次：

  int a = 30;
  int b = 3;
  int c;

  c = 12;
  if (true) {
     c = 2;
  }
  return c * 2;

当 a 及 b 已经被简化为常数，他们的数值取代了程式码中任何一个使用到变数的地方，编译器接著将会使用死码删除（dead code elimination）来消除他们：

  int c;

  if (true) {
     c = 2;
  }
  return c * 2;

在上述的程式，可以根据编译器的框架来判别可以用1或是其他的布林常数来取代 True ，伴随传统的常数传播，我们将得到相当多的最佳化，他无法改变程式的结构。

还有其他类似的最佳化，被称之为稀疏有条件的常量传播（sparse conditional constant propagation），他依据if狀態选择了合适的分支^[1]，编译器侦测到 if 的描述中，将永远被赋予TRUE， c变数可以被消除，完成之后程式码变成：

  return 4;

如果这个虚拟码为一个函数，编译器将可将其以整数 4来取代，以消除无用的函数呼叫，改进整体的运行效能。

参见

• 静态单赋值形式

参考文献

1. Wegman, Mark N; Zadeck, F. Kenneth, Constant Propagation with Conditional Branches, ACM Transactions on Programming Languages and Systems, April 1991, 13 (2): 181–210

延伸阅读

• Muchnick, Steven S., Advanced Compiler Design and Implementation, Morgan Kaufmann, 1997, ISBN 9781558603202