計算機理論的論文范文特輯
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優(yōu)化程序長度的一種方法
摘要：本文分析了Microsoft公司優(yōu)化程序長度的P-CODE 技術(shù)的基本工作原理、P-CODE的使用方法以及P-CODE程序的性能。提出了P-CODE編譯的程序調(diào)試時應注意的主要問題。
關(guān)鍵詞：程序優(yōu)化 代碼壓縮 P-CODE 編譯指示器 程序調(diào)試
1. 前言
用戶要求應用程序有更多更全的功能，使得應用程序的代碼長度持續(xù)增長，但由于系統(tǒng)的開放性，有時也要求應用程序能在多種環(huán)境下運行，有很好的可移植性。這要限制應用程序的代碼長度，減少其運行時所占的內(nèi)存容量。
Microsoft公司為了滿足此需求，在其應用程序開發(fā)包中引進了一種稱為P-CODE(Packed Code, 壓縮碼)的代碼壓縮技術(shù)。此技術(shù)與本地機器無關(guān)，在大多數(shù)情況下，可把執(zhí)行程序的長度減少大約40%，為程序員提供了一個靈活而又容易實現(xiàn)的解決方案，減少了應用程序?qū)?nèi)存容量日益增長的需求。
2. P-CODE工作原理
P-CODE 的基本工作原理是編譯器先把執(zhí)行程序編譯為比80X86機器碼緊湊得多的中間代碼形式，然后在鏈接時把一個小工作引擎嵌入執(zhí)行程序中，最后在運行時由此工作引擎把P-CODE解釋為本地機器碼實際執(zhí)行。為了方便使用，P-CODE技術(shù)實現(xiàn)于編譯過程的代碼生成階段。例如開發(fā)者在C/C++中應用P-CODE技術(shù)時，只需把它作為一個“優(yōu)化”選項選中即可
2.1. 指令格式
在應用P-CODE技術(shù)時，鏈接器會自動拷貝一份長度約為9K的P-CODE工作引擎到執(zhí)行程序中，程序運行時它仿真一個虛擬處理器。
P-CODE技術(shù)能壓縮執(zhí)行程序代碼長度的關(guān)鍵就在于工作引擎的指令格式。我們知道，在現(xiàn)代計算機的指令格式中，指令除指令碼外，還包括指出源和目的操作數(shù)的地址碼，真正的操作數(shù)一般放在內(nèi)存和寄存器中。而一般常用的指令格式是二地址碼結(jié)構(gòu)，少量使用一地址碼和零地址碼結(jié)構(gòu)。例如最簡單的兩個寄存器值相加匯編指令寫為：ADD AX, BX; AX←(AX)+(BX)
而P-CODE是一個獨立于本地機器的虛擬指令系統(tǒng)，其工作引擎是一個基于堆棧的虛擬機，它的大多數(shù)指令中只有指令碼，沒有地址碼部分，隱含操作數(shù)存儲于系統(tǒng)堆棧中，因而遠比本地機器指令緊湊。同樣上述的工作，P-CODE就可簡化為ADDW，它執(zhí)行時從堆棧中彈出操作數(shù)，運算后的結(jié)果再壓回堆棧中。如用80x86匯編指令表示，就等價于下列指令段：
POP AX ;彈出第一個操作數(shù)到AX寄存器中
POP BX ;彈出第二個操作數(shù)到BX寄存器中
ADD AX, BX ;把兩數(shù)相加，結(jié)果存貯于AX寄存器中
PUSH AX ; 將AX寄存器中的結(jié)果壓回堆棧中
2.2. 操作碼長度
P-CODE引擎使用堆棧隱含尋址，使得其操作碼長度平均小于2個字節(jié)，分為標準和擴展的操作碼兩大類。
標準操作碼占用一個字節(jié)，由255條最常用的指令組成，擴展操作碼由256條不太常用的指令組成。有統(tǒng)計表明，在一個全部編譯為P-CODE的20萬行的C程序中，一字節(jié)指令使用頻率為56%，占代碼長度比例為37%，二字節(jié)指令使用頻率為39%，占代碼長度比例為52%，而三或四字節(jié)指令占用了余下很小的百分比。
2.3. 引用
P-CODE技術(shù)優(yōu)化執(zhí)行程序長度的另一個重要特性是引用。引用就是編譯器優(yōu)化時，去掉代碼段的重復現(xiàn)象，共享代碼段的單個實例，類似于在高級語言中使用函數(shù)或過程的方法，當然它是編譯器自動進行的。編譯器優(yōu)化時檢查它所產(chǎn)生的代碼，尋找指令段重復的地方，在程序中只保留重復段的一次出現(xiàn)，將所有其它出現(xiàn)的地方都改為指向保留段的一條跳轉(zhuǎn)指令。此技術(shù)為執(zhí)行程序長度壓縮了大約5-10%的額外空間。
2.4. 本地入口點
使用P-CODE，在程序代碼中有時也會產(chǎn)生額外的空間開銷，這就是P-CODE函數(shù)前面的本地入口點。
當程序中局部使用P-CODE編譯時，很可能會發(fā)生機器碼函數(shù)調(diào)用P-CODE函數(shù)的情況。由于P-CODE指令段需由P-CODE引擎解釋執(zhí)行，這時就需要編譯器在P-CODE函數(shù)開始處額外增加幾條機器指令即本地入口點，以便機器轉(zhuǎn)換控制，停止執(zhí)行本地機器碼而調(diào)用P-CODE引擎，由P-CODE引擎繼續(xù)解釋執(zhí)行P-CODE函數(shù)。
3. P-CODE使用方法
P-CODE可用于Microsoft的Visual C++、Visual Basic等許多應用程序開發(fā)包中，它可全局地用于整個應用程序，也可通過使用“Pragmas”編譯指示有選擇地用于局部模塊中。
3.1. 全局使用方法
當要求以部分速度代價來達到程序長度的顯著減小時，可對應用程序全局地使用P-CODE編譯。如主要用于用戶界面的程序，象字處理器、電子日歷、小型企業(yè)財務軟件包等。
此使用方法比較簡單，只要改變應用工程的編譯選項，然后重新編譯即可。例如在Visual C++工程中加上編譯選項開關(guān)“/Oq”，或在Visual Basic工程屬性的編譯頁幀中，選中“編譯為P-代碼”選項。
3.2. 局部使用方法
若要在程序的速度和長度性能上達到比較平衡的滿意效果，可在Visual C++源文件中有選擇性地加上P-CODE編譯指示，具體地指示編譯器將哪一段代碼編譯為P-CODE，而將哪一段代碼編譯為本地機器碼格式。
P-CODE局部使用方法是將編譯指示器“#Pragma Optimize(“q”,on)”置入想用P-CODE的模塊或函數(shù)開始處，而在用P-CODE的模塊或函數(shù)結(jié)束處加上編譯指示器“#Pragma Optimize(“q”,off)”。
一般來說，要想達到比較滿意的使用效果，就要將主要影響程序執(zhí)行速度的模塊或函數(shù)編譯為本地機器碼，如頻繁調(diào)用的函數(shù)、出現(xiàn)在循環(huán)內(nèi)的函數(shù)等。而將相對來說對程序的執(zhí)行速度起次要作用、主要影響程序長度的模塊或函數(shù)編譯為P-CODE，如用戶接口過程中的菜單和對話框模塊，因為這里程序執(zhí)行速度上的犧牲相對于用戶的工作速度來說，是微不足道的。還有一些很少使用的模塊或函數(shù)，如出錯處理函數(shù)、一般情形下不會用到的功能模塊也應編譯為P-CODE。
4. P-CODE程序調(diào)試
用P-CODE編譯的程序，可使用Microsoft提供的調(diào)試工具如CodeView調(diào)試器等來進行調(diào)試。它對源代碼級和P-CODE匯編指令級二者都給予支持，所有正常的CodeView調(diào)試器命令，如BREAK、STEP、WATCH等在本地機器碼和P-CODE碼兩種方式下都會起作用，只不過在P-CODE方式下，程序在斷點暫停后，寄存器窗口顯示的是堆棧和P-CODE工作引擎的狀態(tài)。
因為P-CODE的引用會產(chǎn)生許多跳轉(zhuǎn)指令，使得目標程序調(diào)試時難于閱讀和跟蹤，所以較好的策略是在程序開發(fā)調(diào)試階段用編譯開關(guān)“/Of_”關(guān)掉引用，當程序全部調(diào)試完畢后再打開引用優(yōu)化編譯開關(guān)。
5. P-CODE性能分析
P-CODE技術(shù)的本質(zhì)是用程序執(zhí)行時間的少量增加來換取其長度的明顯減小。雖然P-CODE指令由工作引擎解釋執(zhí)行，固有地慢于CPU本地機器碼的執(zhí)行，但程序總體所需的執(zhí)行時間還取決于一些系統(tǒng)因素和程序員使用P-CODE的技巧。在內(nèi)存一定的環(huán)境中，大程序長度的減小也相應地減少了其執(zhí)行時所需的內(nèi)存容量，從而需要較少的虛擬內(nèi)存交換頁，且相應地提高了Cache命中率，因而減少了其運行時的系統(tǒng)開銷，故其P-CODE版本和本地機器碼版本最終在執(zhí)行速度上的差異很小。另外，采用P-CODE后，程序長度減小了，系統(tǒng)總的吞吐率也得到了改善。
6. 結(jié)束語
Microsoft的P-CODE技術(shù)為程序員提供了一種以少量增加運行時間代價而較方便地壓縮執(zhí)行文件長度的方法。它可通過簡單地重編譯而在程序中全局地使用，局部使用時將編譯指示置于關(guān)鍵過程之前，可保證最大限度地壓縮代碼長度而使性能損失最小化。
動機理論在高職計算機教學中的應用
計算機課程是高職學生的一門重要課程，要求學生掌握基本的操作技能與操作方法，并為其他學科的學習以及將來的工作奠定良好的基礎。但高職學生文化課基礎比較薄弱，學習積極性較差，部分學生缺乏學習動機和自信心，嚴重影響了計算機教學的順利開展。因此，將動機理論應用到計算機教學中，具有重要的現(xiàn)實意義。
一、高職學生缺少學習動機的原因
1.內(nèi)在因素
高職學生學習基礎普遍薄弱，缺乏自制力與刻苦鉆研的精神。同時，由于對所學專業(yè)了解不多，大部分學生沒有明確的學習目標，缺乏主動學習的積極性。另外，由于部分學生沒有養(yǎng)成良好的學習習慣，所衍生的不良學習氣氛不僅影響了班級整體的學習氛圍，還制約了其他學生學習動機的產(chǎn)生。
2.外在因素
部分高職學生認為計算機課程與社會需求脫節(jié)，導致課程教學無法對學生產(chǎn)生吸引力。同時，陳舊的教學方法、枯燥的授課方式、滯后的考試形式，也嚴重影響了高職計算機課程的教學質(zhì)量，進而形成惡性循環(huán)，直接影響學生學習動機的產(chǎn)生。
二、動機理論在高職計算機教學中的應用
1.注意策略應用
注意是一種心理活動，若缺乏注意，將無法順利展開心理活動。在計算機教學中，教師應積極運用注意策略，吸引學生注意，真正讓學生參與到計算機教學中來。在設計注意策略時，最重要的是讓學生選擇、感知信息，進而產(chǎn)生穩(wěn)定、明確的心理趨向。具體方法如下：①讓學生明確認識到計算機知識的重要性，激發(fā)學生學習的積極性。教師可以通過講解計算機廣泛應用的生動案例，使學生真正知曉計算機知識和技能的重要性，并加強課堂教學與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，將教與學變成有價值、有意義的事情，由此激發(fā)學生的學習興趣。②用懸念激發(fā)好奇心。在教學過程中，教師可以通過預留問題、設置懸念等方式激發(fā)學生的好奇心，讓學生帶著問題思考，吸引學生將注意力放到學習上。③營造寬松的學習氛圍。更好地滿足學生對知識的渴望，有效地吸引學生學習計算機課程。例如，在學習計算機系統(tǒng)知識時，可以設計學生拆卸、安裝主機箱的教學活動，使學生在寬松、自由的環(huán)境中學習，提高參與性與創(chuàng)造性。
2.相關(guān)策略應用
相關(guān)策略是指將所學知識與學生的需求、動機、目的聯(lián)系起來，如果學生認識到學習內(nèi)容與自身實際需求密切相連，就會表現(xiàn)出極大的學習興趣。因此，教師可以在教學過程中引入相關(guān)策略，具體方法如下：①共建學習目標。在相關(guān)策略的指導下，教師可以在每節(jié)課的教學結(jié)束后讓學生自己制定下節(jié)課的學習內(nèi)容，結(jié)合教學內(nèi)容及學生的想法共建學習目標，提高教學針對性。②結(jié)合學生學習水平安排適度的學習任務。有了適宜的學習任務，學生就能及時完成并獲得成功的體驗，進而大幅度提高學習動機。在安排學習任務、制定學習目標時，要制定讓學生努努力、使使勁就可以完成的目標。因此，教師需要了解學生已有的經(jīng)驗、知識、需求、興趣等，合理安排學習任務。
3.自信策略應用
應用自信策略發(fā)展學生的自信心是教學成功的重要保障。如果學生認識到努力程度與收獲之間存在密切聯(lián)系，就會投入更多努力，學習更有韌性。在計算機教學中，教師應鼓勵學生，提高學生的自信心，并將學生學習上的成功歸因于努力而不是運氣，結(jié)合表揚、鼓勵等方式，激發(fā)學生學習的自信心與動力。
4.滿意策略應用
滿意是維持、加強學習動機，并使學習動機穩(wěn)定、持久的重要因素。在該策略的指導下，教師應合理、正確地表揚學生。表揚是最容易激發(fā)學生學習動機的方式，但是也最容易被忽視。在教學過程中，教師應掌握并善于運用表揚，對學生的努力進行適度的表揚、贊賞，以激發(fā)學習積極性。同時，要完善計算機教學的評價標準，改變過去以成績單為主的評價方法，通過多標準的評價方式，提高學生的滿意感。
三、小結(jié)
綜上所述，動機理論在高職計算機教學中應用效果顯著，能有效激發(fā)、培養(yǎng)學生的學習動機，全面提升學生的技能水平與動手能力。在實際教學中，教師應善于利用注意策略、相關(guān)策略、自信策略、滿意策略等，切實激發(fā)學生的學習動機，提升高職計算機教學質(zhì)量。
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