C++/スクリプト/メモのバックアップ(No.17)

メモ

メモ
コード生成
オブジェクトファイル
意味解析
道のり
仕様変更履歴

コード生成

もっとシンプルなものにしよう。

レジスタ構成

Full Name	Short Name	Comment
Stack Register Pointer	SRP	スタックレジスタポインタ。スタックレジスタの先頭アドレス。言い換えるとSR00の場所。
Stack Pointer	SP	スタックポインタ。現在のスタック位置。
Program Counter	PC	プログラムカウンタ。現在実行しているバイトコードのポインタ。
Program Function	PF	プログラムの関数オブジェクトのポインタ。デバッグ用。
Program Line	PL	プログラムのソースコードの行数。デバッグ用。
Link Register	LR	リンクレジスタ。戻り先のバイトコードのポインタ。
Function Register	FR	関数レジスタ。全部で16個。FR00 - FR16。

レジスタの概要

１つのレジスタのサイズは８バイト。
４バイトでもいいかなと思ったが，64bit環境でポインタが１レジスタで表現できなくなるため，８バイトにした。
ただし，メモリがきつきつの環境もあるので32bitモード用意する。その場合，64bitの整数・浮動小数，64bitのアドレス空間は扱えなくなる。

１つのレジスタはUNIONで表現。

 
-
|
-
|
|
|
|
|
|
|
!
!

struct Register
{
    union
    {
        u32 data32;
        u64 data64;
        s32 i32val;
        s64 i64val;
        f32 f32val;
        f64 f64val;
        void*  ptr; // 64bit環境だとこれは８バイト。
    };
};

スタックレジスタ

計算の一時領域として使うレジスタはStackRegister（スタックレジスタ）呼び，SRと略す。
スタックレジスタ数は動的に変更し，最大で256。それを越える必要がある関数はコンパイルエラーとする。
SRP（Stack Register Pointer）からのオフセットがスタックレジスタの番号に相当する。
SR01ならSRP + 0x08のアドレスとなる。(32bitモードなら+0x04)
通常，関数の先頭でFUNCET命令を使い関数で使用するスタックレジスタの数 x レジスタのサイズ分，スタックから確保し，その先頭アドレスをSRPに設定する。

変数とレジスタ

ローカル変数は全てスタックレジスタに割り当てられる。
スコープを考慮してスタックレジスタの使用数はなるべく少なくて済むように最適化される。

一時変数もスタックレジスタに割り当てられる。

-
|
-
|
|
-
|
!
|
-
|
!
|
|
|
|
!
!

utility Hoge {
static void func()
{
    int a; // SR01
    int b; // SR02
    {
        int c; // SR03
    }
    int d; // SR02
    {
        int e; // SR03
    }
    d = (a + b) * d; 
    // (a + b)が一時変数としてSR03に格納される
    // SR03 = a + b; 
    // SR02 = R03 * R02;
}
};

戻り値とレジスタ

戻り値はFR00に格納される。

FUNCRT命令が実行されるとSR00の値はFR00にコピーされる。

 
-
|
-
|
!
!

utility Hoge
{
    static int GetOne()
    {
        return 1; // FR00 = 1
    }
};

引数とレジスタ

引数は関数レジスタのFR01から順番にレジスタに割り当てられる。
非staticなメンバ関数はFR01にthisポインタが割り当てられる。

関数レジスタは16個しか用意されていないので，引数の最大数はメンバ関数で１４個，非メンバ関数は１５個となります。（FR00は戻り値として使うため，引数に使用できない）

 
-
|
|
|
|
|
-
|
|
!
!

pod Vector3
{
    float x;
    float y;
    float z;
 
    void func(float addValue)
    {
        // FR01 : this
        // FR02 : addValue
    }
}

アセンブラのイメージ

 
-
|
!
 
-
|
|
!

0:int add(int a, int b)
1:{
2:    return a + b;
3:}
4:void func()
5:{
6:   int i = 3;
7:   i = add(i , 4);
8:}
 
# 命令コード
Instruction:
  add:
    DFUNC  0x0000
    DLINE  1 // '{'の位置
    FUNCET 0x03 0x03  
    DLINE  2
    ADDI32 R00 R01 R02
    DLINE  3 // '}'の位置
    FUNCLV 0x03       
 
  func:
    DFUNC   0x0001
    DLINE   5
    FUNCET  0x02 0x00
    DLINE   6
    LDSRC4  SR00 0x0000
    DLINE   7
    LDSRC4  SR01 0x0004
    LDFRSR  FR01 SR00 
    LDFRSR  FR02 SR01
    CALL    0x0000   
    LDRF    SR00 FR00
    FUNCLV  0x02
 
# コンパイル時に確定する定数のテーブル
ConstantTable:
  0x0000: 3
  0x0004: 4
 
SymbolTable:
  0x0000: int add(int,int)
  0x0004: void func()

命令コード

どの命令コードも32bitで統一。
SRegおよびFRegはu8。

命令	書式	コメント
ロード
LDSRC1	LDSRC4 SReg ConstantTableIndex(u16)	ConstantTableの値を指定したスタックレジスタにロード
LDSRC2
LDSRC4
LDSRC8
LDSRSR	LDSR SReg1 SReg2	SReg2の値をSReg1にロード
LDSRSP	LDSRSP SReg1 StackPointerOffset(u16)	StackPointerから相対アドレス分移動したアドレスをReg1にロード
LDSRPT	LDSRPT SReg1 SReg2	SReg2の値をアドレスとみなし，SReg2が指す値を取得する
LDSROJ	LDSROJ SReg1 SReg2	SReg2の値をobject型とみなし，SReg2が指すobjectの実体のアドレスのアドレスを取得する
LDFRSR	LDFRSR FReg SReg	SRegの値をFRegにロード
演算
ADDxxx	ADDI32 SReg1 SReg2 SReg3	SReg1 = SReg2 + SReg3
SUBxxx	SUBI32 SReg1 SReg2 SReg3	SReg1 = SReg2 - SReg3
MULxxx	MULS32 SReg1 SReg2 SReg3	SReg1 = SReg2 * SReg3
DIVxxx	MULS32 SReg1 SReg2 SReg3	SReg1 = SReg2 / SReg3
MODxxx	MODS32 SReg1 SReg2 SReg3	SReg1 = SReg2 % SReg3
関数あれこれ
FUNCET	FUNCIN AllocSRegNum CopyFRegNum	Function Enter. まずスタックに現在のSPR，LR，PL，PFをつみ，SPを変更する。 AllocSRegNumで指定された数，スタックレジスタを確保し，SPRに設定する。SPを変更する。 CopyFRegNumで指定された数，スタックレジスタにFRに内容をコピーする。
FUNCLV	FUNCRT FreeSRegNum	Function Leave. FreeSRegNumで指定された数，スタックレジスタを解放しSPを変更する。 PF，PL，LR，SPR，をスタックから取り出し設定する。SPも変更する。 PCにLRを代入する。
PUSH	PUSH PushStackSize(u16)	PushStackSize分，SPを移動する。SP -= PushStackSize。
POP	POP PopStackSize(u16)	PopStackSize分，SPを移動する。SP += PopStackSize。
CALL	CALL SymbolTableIndex(u16)	LRにPCを代入する。 SymbolTableIndexが示す関数の先頭バイトコードをPCに設定する。
デバッグ
DLINE	DLINE ConstantValue(u24)	デバッグ情報のプログラム行数を代入するための命令。 PLにConstantValueを代入する。
DFUNC	DFUNC SymbolTableIndex(u16)	デバッグ情報の関数オブジェクトを代入するための命令。 PFにSymbolTableIndexが示すアドレスを代入する。

オブジェクトファイル

Cでいう.oのファイル。

含まれるもの

モジュール名
定数テーブル
シンボルテーブル
シンボル一覧
シンボル解決情報

モジュール名

モジュール名が文字列として格納される。

定数テーブル

必要な定数テーブルの長さ。
コンパイル時に解決されている定数郡。
.oのファイルサイズ縮小のために，コンパイル時に解決されている定数郡は定数テーブルの先頭に置いておく。
そうしておくことで，リンク時に解決される定数郡のデータ量が.oから削減される。(.sbssと同じ考え方)

シンボルテーブル

必要なシンボルテーブルの長さのみ格納される。

シンボル一覧

ユーザー定義型リスト

ユーザー定義型についての情報が0個以上格納されている。

項目	内容	例
シンボルのパス	文字列	BaseLib.Math.Vector3
継承しているクラスのパス	文字列	Foo
実装しているインターフェースのリスト	別項：インターフェースのリストを参照
変数リスト	別項：変数リストを参照
関数リスト	別項：関数リストを参照

インターフェースのリスト

インターフェースについての情報が0個以上格納されている。
項目内容例
シンボルのパス文字列 BaseLib.IDrawable

変数リスト

変数についての情報が0個以上格納されている。
項目内容例
型を示すシンボルのパス文字列 float
シンボル名文字列 x
staticフラグ bool(staticか否か)
readonlyフラグ bool(readonlyか否か)
constフラグ bool(constか否か)

関数リスト

関数についての情報が0個以上格納されている。

項目	内容	例
シンボル名	文字列	add
戻り値の型を示すシンボルのパス	文字列	BaseLib.Math.Vector3
戻り値のconstフラグ	bool(constか否か)
引数リスト	別項：引数リストを参照
staticフラグ	bool(staticか否か)
constフラグ	bool(constか否か)
命令コード	バイトコード

引数リスト

引数についての情報が0個以上格納されている。
項目内容例
型を示すシンボルのパス文字列 float
constフラグ bool(constか否か)
refフラグ bool(refか否か)

シンボル解決情報

シンボルの種類は変数・関数・ユーザー定義型の３つ。

変数

項目	内容	例
代入先	定数テーブル or シンボルテーブル	-
シンボルパス	解決するシンボルのパス	BaseLib.Math.Vector3.x
シンボルの何を取得するのか。	・変数オブジェクト（SSVariableのポインタ) ・サイズ・先頭からのオフセット距離	-

関数

項目	内容	例
代入先	シンボルテーブル	-
シンボルパス	解決するシンボルのパス	BaseLib.Math.Vector3.add
引数リスト	引数の型のリスト
属性	const，staticなどの属性
シンボルの何を取得するのか。	・関数オブジェクト(SSFunctionのポインタ)	-

ユーザー定義型

項目	内容	例
代入先	定数テーブル	-
シンボルパス	解決するシンボルのパス	BaseLib.Math.Vector3
シンボルの何を取得するのか。	・サイズ	-

意味解析

構文解析が終わった後，コード生成より前にやること。

ModuleをModuleReposに登録。
TypePathを解決し，型にリンクさせる
関数名・変数名がだぶっていないかチェック。

定数(enum，immutable）の確定
ユーザー定義型のサイズの決定
ユーザー定義型の静的・非静的メンバ変数の位置を決定
自動生成関数の生成
関数のレジスタ割り当ての決定
関数の定数テーブルを作成
関数の非値型のスタックマッピングおよびスタックサイズを決定

道のり

意味解析
- まずutilityと関数だけにしぼる
- 全てのModuleをシンボルツリーに登録
- 全ての型をシンボルツリーに登録
- 関数をシンボルツリーに登録。
- 関数の中身を意味解析
  - 関数の中身のTypePathやIdentPathのシンボルを解決
  - 意味解析したStatementに置き換え。

仕様変更履歴

2010/07/29

prototype moduleの概念を追加。
classの代入演算子オーバーロードを禁止に。D言語準拠にした。
オブジェクトハンドルの概念をなくした。
isと!isを追加。セットでIdentityExpressionも追加。

C++/スクリプト/メモ のバックアップ(No.17)

メモ