Генерация кода

Задача генератора кода - построение для программы на входном языке эквивалентной машинной программы. Обычно в качестве входа для генератора кода служит некоторое промежуточное представление программы.

Генерация кода включает ряд специфических, относительно независимых подзадач: распределение памяти (в частности, распределение регистров), выбор команд, генерацию объектного (или загрузочного) модуля. Конечно, независимость этих подзадач относительна: например, при выборе команд нельзя не учитывать схему распределения памяти, и, наоборот, схема распределения памяти (регистров, в частности) ведет к генерации той или иной последовательности команд. Однако удобно и практично эти задачи все же разделять, обращая при этом внимание на их взаимодействие.

В какой-то мере схема генератора кода зависит от формы промежуточного представления. Ясно, что генерация кода из дерева отличается от генерации кода из троек, а генерация кода из префиксной записи отличается от генерации кода из ориентированного графа. В то же время все генераторы кода имеют много общего, и основные применяемые алгоритмы отличаются, как правило, только в деталях, связанных с используемым промежуточным представлением.

В дальнейшем в качестве промежуточного представления мы будем использовать префиксную нотацию. А именно, алгоритмы генерации кода будем излагать в виде атрибутных схем со входным языком Лидер.

Модель машины

При изложении алгоритмов генерации кода мы будем следовать некоторой модели машины, в основу которой положена система команд микропроцессора Motorola MC68020. В микропроцессоре имеется регистр - счетчик команд PC, 8 регистров данных и 8 адресных регистров.

В системе команд используются следующие способы адресации:

ABS - абсолютная: исполнительным адресом является значение адресного выражения.

IMM - непосредственный операнд: операндом команды является константа, заданная в адресном выражении.

D - прямая адресация через регистр данных, записывается как Хn, операнд находится в регистре Хn.

А - прямая адресация через адресный регистр, записывается как An, операнд находится в регистре An.

INDIRECT - записывается как ( An ), адрес операнда находится в адресном регистре An.

POST - пост-инкрементная адресация, записывается как (Аn)+, исполнительный адрес есть значение адресного регистра An и после исполнения команды значение этого регистра увеличивается на длину операнда.

PRE - преинкрементная адресация, записывается как -(Аn): перед исполнением операции содержимое адресного регистра An уменьшается на длину операнда, исполнительный адрес равен новому содержимому адресного регистра.

INDISP - косвенная адресация со смещением, записывается как (bd,An), исполнительный адрес вычисляется как (An)+d - содержимое An плюс d.

INDEX - косвенная адресация с индексом, записывается как (bd,An, Xn*sc), исполнительный адрес вычисляется как (An)+bd+(Xn)*sc - содержимое адресного регистра + адресное смещение + содержимое индексного регистра, умноженное на sc.

INDIRPC - косвенная через PC (счетчик команд), записывается как (bd, PC), исполнительный адрес определяется выражением (PC)+bd.

INDEXPC - косвенная через PC со смещением, записывается как (bd,PC, Xn*sc), исполнительный адрес определяется выражением (PC)+bd+(Xn)*sc.

INDPRE - пре-косвенная через память, записывается как ([bd,An,sc*Xn], od) (схема вычисления адресов для этого и трех последующих способов адресации приведена ниже).

INDPOST - пост-косвенная через память: ([bd,An],sc*Xn,od).

INDPREPC - прекосвенная через PC: ([bd,PC,sc*Xn],od).

INDPOSTPC - пост-косвенная через PC: ([bd,PC],Xn,od). Здесь bd - это 16 - или 32 -битная константа, называемая смещением, od - 16 - или 32 -битная литеральная константа, называемая внешним смещением. Эти способы адресации могут использоваться в упрощенных формах без смещений bd и/или od и без регистров An или Xn. Следующие примеры иллюстрируют косвенную постиндексную адресацию:

MOVE D0, ([A0])
MOVE D0, ([4,A0])
MOVE D0, ([A0],6)
MOVE D0, ([A0],D3)
MOVE D0, ([A0],D4,12)
MOVE D0, ([$12345678,A0],D4,$FF000000)

Индексный регистр Xn может масштабироваться (умножаться) на 2,4,8, что записывается как sc*Xn. Например, в исполнительном адресе ([24,A0, 4*D0]) содержимое квадратных скобок вычисляется как [A0] + 4 * [D0] + 24.

Эти способы адресации работают следующим образом. Каждый исполнительный адрес содержит пару квадратных скобок [...] внутри пары круглых скобок, то есть ([...], ... ). Сначала вычисляется содержимое квадратных скобок, в результате чего получается 32- битный указатель. Например, если используется постиндексная форма [20,A2], то исполнительный адрес - это 20 + [A2]

Аналогично, для преиндексной формы [12,A4,D5] исполнительный адрес - это 12 + [A4] + [D5]. Указатель, сформированный содержимым квадратных скобок, используется для доступа в память, чтобы получить новый указатель (отсюда термин косвенная адресация через память). К этому новому указателю добавляется содержимое внешних круглых скобок и таким образом формируется исполнительный адрес операнда.

В дальнейшем изложении будут использованы следующие команды (в частности, рассматриваются только арифметические команды с целыми операндами, но не с плавающими):

MOVEA ИА, А - загрузить содержимое по исполнительному адресу ИА на адресный регистр А.

MOVE ИА1, ИА2 - содержимое по исполнительному адресу ИА1 переписать по исполнительному адресу ИА2.

MOVEM список_регистров, ИА - сохранить указанные регистры в памяти, начиная с адреса ИА (регистры указываются маской в самой команде).

MOVEM ИА, список_регистров - восстановить указанные регистры из памяти, начиная с адреса ИА (регистры указываются маской в самой команде).

LEA ИА, А - загрузить исполнительный адрес ИА на адресный регистр А.

MUL ИА, D - умножить содержимое по исполнительному адресу ИА на содержимое регистра данных D и результат разместить в D (на самом деле в системе команд имеются две различные команды MULS и MULU для чисел со знаком и чисел без знака соответственно; для упрощения мы не будем принимать во внимание это различие).

DIV ИА, D - разделить содержимое регистра данных D на содержимое по исполнительному адресу ИА и результат разместить в D.

ADD ИА, D - сложить содержимое по исполнительному адресу ИА с содержимым регистра данных D и результат разместить в D.

SUB ИА, D - вычесть содержимое по исполнительному адресу ИА из содержимого регистра данных D и результат разместить в D.

Команды CMP и TST формируют разряды регистра состояний. Всего имеется 4 разряда: Z - признак нулевого результата, N - признак отрицательного результата, V - признак переполнения, C - признак переноса.

CMP ИА, D - из содержимого регистра данных D вычитается содержимое по исполнительному адресу ИА, при этом формируется все разряды регистра состояний, но содержимое регистра D не меняется.

TST ИА - выработать разряд Z регистра состояний по значению, находящемуся по исполнительному адресу ИА.

BNE ИА - условный переход по признаку Z = 1 (не равно) по исполнительному адресу ИА.

BEQ ИА - условный переход по признаку Z = 0 (равно) по исполнительному адресу ИА.

BLE ИА - условный переход по признаку N or Z (меньше или равно) по исполнительному адресу ИА.

BGT ИА - условный переход по признаку not N (больше) по исполнительному адресу ИА.

BLT ИА - условный переход по признаку N (меньше) по исполнительному адресу ИА.

BRA ИА - безусловный переход по адресу ИА.

JMP ИА - безусловный переход по исполнительному адресу.

RTD размер_локальных - возврат из подпрограммы с указанием размера локальных.

LINK A, размер_локальных - в стеке сохраняется значение регистра А, в регистр А заносится указатель на это место в стеке и указатель стека продвигается на размер локальных.

UNLK A - стек сокращается на размер локальных и регистр А восстанавливается из стека.