标签：Node 颜色 idx int 着色 寄存器 图形 节点
COMP26020 -第三部分(编译器)实验练习
使用图形着色的寄存器分配
背景
计算机程序，无论使用哪种编程语言，通常使用的变量比所有CPU寄存器所能容纳的变量数量要多得多。当一个程序在给定的处理器上编译执行时，编译器需要考虑哪些变量将在寄存器中保存以及保存多长时间。如果我们认为从内存中移动数据需要几个周期，那么如果编译器能够最小化这种传输，就会有性能上的好处。怎么做呢?通过做一些“聪明的”寄存器分配，例如，通过确保最常用的变量被放置在寄存器中。
为了理解这个问题，考虑下面的代码:
1.r1 = x
2.r2 = y
3.r3 r2 = r1 *
4.r4 z =
5.r5 = r4 + r2
6.r6 = w
7.r7 = r5 + r6
8.r8 = r7 * r3
9.r9机型= r8 + r1
在这段代码中，程序员使用了9个变量。然而，这是否意味着需要9个寄存器?为了找到答案，让我们定义一个活的范围的概念。对于任何给定的变量，都有一个活动范围，从赋值给该变量的点开始，一直持续到最后一次使用该特定值为止。注意，如果一个新的值被分配给同一个变量，一个新的活动范围开始。例如，指令2中定义了r2的一个值。最后一次使用它是在指令5中，因此，有效值范围在2到5之间。但是，如果指令4是r2=z，则活的范围将从2到3，另一个活的范围将从指令4开始到指令5结束。
为了实践，您可能需要找到上述代码的所有活动范围。给出的答案是:r1: [1, 9], r2:[2、5],r3: [3 8], r4:(4、5),r5:[5、7],r6:[6、7],r7: [7,8], r8:(8、9),r9机型:[9,9]。
活动范围很重要，因为它们指示在任何给定指令中需要有多少个活动值。例如，上面的live范围告诉我们在指令6中有四个值需要是live的。显然，任何指令中需要活的值的最大数目表明我们需要有多少个寄存器，以便所有的值(活的范围)都可以放置在寄存器中。然而，最重要的是，live ranges可以指导寄存器分配:两个不重叠或干扰的live ranges可以使用相同的寄存器。例如，对于上面的live范围，r2和r6可以共享相同的寄存器，因为代码的不同部分需要相应的值(或者是“live”)。已经开发了不同的算法来寻找如何分配不同的活范围到寄存器。这个问题称为寄存器分配。这是一个np完全问题，这意味着多年来提出的大多数不同的解决方案都是基于启发式的。更多信息，你可以在“编译工程”推荐教科书的第13章找到更多:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B978012088478000013X
在不同的方法中，使用图着色的寄存器分配是一种常见的方法。在使用图着色的寄存器分配中，活量程被用来创建干扰图。在这个图中，每个活动范围对应一个节点。如果活动范围重叠，两个节点之间有一条边。然后，寄存器分配问题就等价于图着色问题。这是一个著名的图论问题，其目的是给图的所有节点涂上颜色，这样两个相邻的节点就不会有相同的颜色。通常的目标是找到最小数量的颜色。每种颜色都对应一个音域和音域
节点的颜色对应于应用于特定活动范围的寄存器。有各种各样的算法来给图上色。这里，我们将关注一个简单的算法，它被称为自上而下的着色。算法工作原理如下:
1.假设有一个有序的颜色列表(如红、黑、蓝等)
2.设干涉图，节点编号为:1,2,3，…
3.干扰图中的节点(即活动范围)按照邻居数量降序排列。在出现tie的情况下(即邻居数量相同的节点)，id最低的节点优先。
4.按照颜色列表中的排序来分配颜色。对于每个节点，从列表中选择第一个未被节点的邻居使用的颜色。
5.继续遵循排名并重复步骤4，直到所有节点都被着色。
你的任务
使用你选择的编程语言来实现一个程序:
读取列出干涉图(输入)的文件。
编写一个文件，列出图形(输出)的每个节点的颜色。
颜色列表是由字母表中的大写字母给出的:A, B, C，…，Z.共有26种颜色(或寄存器)。
输入文件规范:
等于干涉图节点数的线数。每一行都包含节点的编号(按升序排列)以及与之发生干扰的所有节点的编号。例子:
1234
214
31
412
这意味着节点1与节点2、3、4相互干扰。节点2会干扰节点1(我们已经知道了)和节点4。节点3与节点1相互干扰，节点4与节点1、节点2相互干扰。您可以假设不超过50个节点。
输出文件规范:
对于每个节点(升序)，写入节点编号和颜色。例如:
1
2 b
3 b
4摄氏度
请确保您遵循的规格，因为大部分标记将自动进行。您的可执行文件应该接受两个参数，它们指示输入文件的名称和输出文件的名称。例如:
myprogram.exe输入。txt输出。txt
你应该能够在两个实验中完成这项任务。报名截止日期为2nd 3 .课程开始前rd 实验室会话。
你应该通过gitlab提交。你的提交应该包括源文件和自述文件，并说明如何编译和运行你的代码。
(满分10分)将按以下方案进行评分:2分代码可读性和合理注释/解释。2正确实现上述示例的标记。正确找到额外的自动测试输出的6分。
#include <bits/stdc++.h>
#include<iostream>
#include<cstring>
#include<fstream>
using namespace std;
const int MAXN = 100;
int n, m = 26; //n表示结点个数，m表示颜色个数
int a[MAXN][MAXN];
struct node{
int idx;
int cnt;
}Node[MAXN];
void NextValue(int k,int m,int* x)
{
//在[1,m]中为x[Node[k].idx]确定一个值最小的，且不与其邻接点冲突的颜色
//x[Node[k].idx]=0表示没有可用的颜色，颜色从1开始进行编号
int j;
do{
x[Node[k].idx]=(x[Node[k].idx]+1) % (m+1); //尝试下一种颜色
if(!x[Node[k].idx]) return; //没有可用颜色
for(j = 1; j < k; j++) {
if(a[Node[k].idx][Node[j].idx] && x[Node[k].idx] == x[Node[j].idx]) //若(i,j)是图的边，且相邻结点k和j颜色相同
break; //发生冲突，选择下一种颜色
}
if(j == k) return; //成功选择一种颜色返回
}while(1);
}
void mColoring(int k,int m,int *x)
{
if(k == n+1) { //得到图G的一种m-着色方案
return;
}
NextValue(k, m, x); //为x[Node[k].idx]分配颜色
if(!x[Node[k].idx]) return; //x[Node[k].idx]=0表示当前没有合适的颜色
else mColoring(k+1,m,x); //已经对前k个结点分配了颜色，尝试其余结点
}
bool cmp(const node &A, const node &B) {
if(A.cnt > B.cnt) {
return 1;
}
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[]) //主函数
{
ifstream infile(argv[1],ios::in);
if(!infile){ // 判断文件是否存在
cerr<<"open error."<<endl;
exit(1); // 退出程序
}
char str[255]; // 定义字符数组用来接受读取一行的数据
n = -1;
while(infile)
{
infile.getline(str,255); // getline函数可以读取整行并保存在str数组里
int idx = str[0]-'0';
Node[idx].idx = idx;
Node[idx].cnt = strlen(str)/2;
for(int i = 2; i < strlen(str); i+=2) {
int xx = str[i]-'0';
a[idx][xx] = 1;
}
n++;
}
sort(Node+1, Node+n+1, cmp);
int *x = new int[MAXN];
for(int i = 1; i <= n; i++) x[i] = 0;
mColoring(1, m,x);
freopen(argv[2], "w", stdout);
for(int i = 1; i <= n; i++) {
printf("%d%c\n", i,'A'+x[i]-1);
}
return 0;
}
标签：Node,颜色,idx,int,着色,寄存器,图形,节点 来源： https://blog.csdn.net/qq_24624539/article/details/119294255
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