Джек Креншоу - Давайте создадим компилятор!

• Название: Давайте создадим компилятор!
• Автор: Джек Креншоу
• Жанр: Программирование

Эта серия, написанная в период с 1988 по 1995 года и состоящая из шестнадцати частей, является нетехническим введением в конструирование компиляторов. Серия является руководством по теории и практике разработки синтаксических анализаторов и компиляторов языков программирования. До того как вы закончите чтение этой книги, вы раскроете каждый аспект конструирования компиляторов, разработаете новый язык программирования и создадите работающий компилятор.

---

Term := Typ;

end;

{–}

Эти подпрограммы соответствуют аддитивным почти полностью. Как и прежде, сложность изолирована в PopMul и PopDiv. Если вам захочется протестировать программу прежде чем мы займемся ими, вы можете написать их пустые версии, аналогичные PopAdd и PopSub. И снова, код не будет корректным в данный момент, но синтаксический анализатор должен обрабатывать выражения произвольной сложности.

Умножение

Если вы убедились, что сам синтаксический анализатор работает правильно, мы должны выяснить, что необходимо сделать для генерации правильного кода. С этого места дела становятся немного труднее так как правила более сложные.

Давайте сперва возьмем случай умножения. Эта операция аналогична «addops» в том, что оба операнда должны быть одного и того же размера. Она отличается в трех важных отношениях:

Тип произведения обычно не такой же как тип двух операндов. Для произведения двух слов мы получаем в результате длинное слово.

68000 не поддерживает умножение 32 x 32, так что необходим вызов подпрограммы для программного умножения.

Он также не поддерживает умножение 8 x 8, поэтому байтовые операнды должны быть переведены до слова.

Действия, которые мы должны выполнить, лучше всего показывает следующая таблица:

T1

T2 B W L

B Преобразовать D0 в W

Преобразовать D7 в W

MULS

Result = W Преобразовать D0 в W

MULS

Result = L Преобразовать D0 в L

JSR MUL32

Result = L

W Преобразовать D7 в W

MULS

Result = L MULS

Result = L Преобразовать D0 в L

JSR MUL32

Result = L

L Преобразовать D7 в L

JSR MUL32

Result = L Преобразовать D7 в L

JSR MUL32

Result = L JSR MUL32

Result = L

Эта таблица показывает действия, предпринимаемые для каждой комбинации типов операндов. Есть три вещи, на которые необходимо обратить внимание: во-первых, мы предполагаем, что существует библиотечная подпрограмма MUL32, которая выполняет 32 x 32 умножение, оставляя 32-битное (не 64) произведение. Если в процессе этого происходит переполнение мы игнорируем его и возвращаем только младшие 32 бита.

Во-вторых, заметьте, что таблица симметрична. Наконец, обратите внимание, что произведение это всегда длинное слово, за исключением случая когда оба операнда байты. (Стоит заметить, между прочим, что это означает что результатом многих выражений будет длинное слово, нравится нам это или нет. Возможно идея перевода всех их заранее не была уж такой возмутительной, в конце концов!)

Теперь ясно, что мы должны будем генерировать различный код для 16-разрядного и 32-разрядного умножения. Для этого лучше всего иметь отдельные подпрограммы генерации кода для этих двух случаев:

{–}

{ Multiply Top of Stack by Primary (Word) }

procedure GenMult;

begin

EmitLn('MULS D7,D0')

end;

{–}

{ Multiply Top of Stack by Primary (Long) }

procedure GenLongMult;

begin

EmitLn('JSR MUL32');

end;

{–}

Исследование кода ниже для PopMul должно убедить вас, что условия в таблице выполнены:

{–}

{ Generate Code to Multiply Primary by Stack }

function PopMul(T1, T2: char): char;

var T: char;

begin

Pop(T1);

T := SameType(T1, T2);

Convert(T, 'W', 'D7');

Convert(T, 'W', 'D0');

if T = 'L' then

GenLongMult

else

GenMult;

if T = 'B' then

PopMul := 'W'

else

PopMul:= 'L';

end;

{–}

Как вы можете видеть, подпрограмма начинается совсем как PopAdd. Два аргумента приводятся к тому же самому типу. Два вызова Convert заботятся о случаях, когда оба операнда – байты. Сами данные переводятся до слова, но подпрограмма помнит тип чтобы назначать корректный тип результату. В заключение мы вызываем одну из двух подпрограмм генерации кода и затем назначаем тип результата. Не слишком сложно, действительно.

Я полагаю, что сейчас вы уже тестируете программу. Попробуйте все комбинации размеров операндов.

Деление

Случай с делением совсем не так симметричен. У меня также есть для вас некоторые плохие новости:

Все современные 16-разрядные процессоры поддерживают целочисленное деление. Спецификации изготовителей описывают эту операцию как 32 x 16 бит деление, означающее, что вы можете разделить 32-разрядное делимое на 16-разрядный делитель. Вот плохая новость:

Они вам лгут!!!

Если вы не верите в это, попробуйте разделить любое большое 32-разрядное число (это означает, что оно имеет ненулевые биты в старших 16 разрядах) на целое число 1. Вы гарантированно получите исключение переполнения.

Проблема состоит в том, что эта команда в действительности требует, чтобы получаемое частное вписывалось в 16-разрядный результат. Этого не случится, если делитель достаточно большой. Когда любое число делится на единицу, частное будет конечно тем же самым, что и делимое.

С начала времен (ну во всяком случае компьютерных) архитекторы ЦПУ предусматривали этот маленький подводный камень в схеме деления. Это обеспечивает некоторую симметрию, так как это своего рода инверсия способа каким работает умножение. Но так как единица – это совершенно допустимое (и довольно частое) число для использования в качестве делителя, делению, реализованному аппаратно, требуется некоторая помощь от программистов.

Подразумевает следующее:

Тип частного всегда должен быть того же самого типа, что и делимое. Он независим от делителя.

Несмотря на то, что ЦПУ поддерживает деление длинного слова, аппаратно предоставленной инструкции можно доверить только делимые байт и слово. Для делимых типа длинное слово нам необходима другая библиотечная подпрограмма, которая может возвращать длинный результат.

Это похоже на работу для другой таблицы, для суммирования требуемых действий:

T1

T2 B W L

B Преобразовать D0 в W

Преобразовать D7 в L

DIVS

Result = B Преобразовать D0 в W

Преобразовать D7 в L

DIVS

Result = W Преобразовать D0 в L

JSR DIV32

Result = L

W Преобразовать D7 в L

DIVS

Result = B Преобразовать D7 в L

DIVS

Result = W Преобразовать D0 в L

JSR DIV32

Result = L

L Преобразовать D7 в L

JSR DIV32

Result = B Преобразовать D7 в L

JSR DIV32

Result = W JSR DIV32

Result = L

(Вы можете задаться вопросом, почему необходимо выполнять 32-разрядное деление, когда делимое, скажем, всего лишь байт. Так как число битов в результате может быть только столько, сколько и в делимом, зачем беспокоиться? Причина в том, что если делитель – длинное слово и в нем есть какие-либо установленные старшие разряды, результат деления должен быть равен нулю. Мы не смогли бы получить его, если мы используем только младшее слово делителя)

Следующий код предоставляет корректную функцию для PopDiv:

{–}

{ Generate Code to Divide Stack by the Primary }

function PopDiv(T1, T2: char): char;

begin

Pop(T1);

Convert(T1, 'L', 'D7');

if (T1 = 'L') or (T2 = 'L') then begin

Convert(T2, 'L', 'D0');

GenLongDiv;

PopDiv := 'L';

end

else begin

Convert(T2, 'W', 'D0');

GenDiv;

PopDiv := T1;

end;

end;

{–}

Две подпрограммы генерации кода:

{–}

{ Divide Top of Stack by Primary (Word) }

procedure GenDiv;

begin

EmitLn('DIVS D0,D7');

Move('W', 'D7', 'D0');

end;

{–}

{ Divide Top of Stack by Primary (Long) }

procedure GenLongDiv;

begin

EmitLn('JSR DIV32');

end;

{–}

Обратите внимание, мы предполагаем, что DIV32 оставляет результат (длинное слово) в D0.

ОК, установите новые процедуры деления. Сейчас у вас должна быть возможность генерировать код для любого вида арифметических выражений. Погоняйте ее!

Завершение

Наконец-то, в этой главе мы узнали как работать с переменными (и литералами) различных типов. Как вы можете видеть, это не было слишком сложно. Фактически, в каком-то отношении большая часть кода выглядит даже еще проще, чем это было в более ранних программах. Только операторы умножения и деления требуют небольших размышлений и планирования.

Основная идея, которая облегчила нам жизнь, – идея преобразования процедур типа Expression в функции, возвращающие тип результата. Как только это было сделано, мы смогли сохранить ту же самую общую структуру компилятора.

Я не буду притворяться, что мы охватили каждый одиночный аспект этой проблемы. Я удобно проигнорировал беззнаковую арифметику. Из того, что мы сделали, я думаю вы можете видеть, что их включение не добавляет никаких дополнительных проблем, просто дополнительные проверки.

Я так же игнорировал логические операторы And, Or и т.д. Оказывается, их довольно легко обрабатывать. Все логические операторы – побитовые операции, так что они симметричны и, следовательно, работают в том же самом режиме, что и PopAdd. Однако, имеется одно отличие: если необходимо расширить длину слова для логической переменной, расширение должно быть сделано как число без знака. Числа с плавающей точкой, снова, являются простыми для обработки... просто еще несколько процедур, которые будут добавлены в run-time библиотеку или, возможно, инструкции для математического сопроцессора.

Возможно более важно, что я также отделил проблему контроля соответствия типов, в противоположность преобразованию. Другими словами, мы разрешили операции между переменными всех комбинаций типов. Вообще, это не будет верным... конечно вы не захотите прибавить целое число, например, к строке. Большинство языков также не позволят вам смешивать символьные и целочисленные переменные.