07-目标代码生成

目标机器

• 内存：堆、栈，都有地址

• 寄存器：n个，4字节

指令

• Load/Store

  • LD R0,a(R2): 从a+R2中取

  • LD R0,*R1：把R1的值作为地址去取

  • LD R1,*100(R2)：100+R2位置的值作为地址去取

  • LD R0,#5：R0=5

  • ST addr,R0

• Calculation

  • OP dst,src1,src2

• Jump

  • BR L/addr

  • Bcond R,L/addr

内存/地址

• 每一条语句中的标签对应一个地址

• 可使用objdump查看反汇编

## 查看反汇编代码
clang -c heello.c -o hello.o
objdump -D hello.o

内存分布

• 代码区

• 静态区/全局变量

• 堆🔽

• 空闲区域

• 栈🔼

• 代码/全局变量的地址由编译器决定

• 堆/栈中变量的地址由代码决定

栈区

• 栈帧：Frame

  • 本地变量

  • 返回值，参数

  • 返回地址

  • 需要保存和恢复的数据

• 栈指针：SP，进出栈通过改变 SP 来实现

• 函数调用前

  • 保存现场，将寄存器入栈：SUB SP,SP,#4 ST 4(SP),R0

  • 将返回地址和参数入栈：SUB SP,SP,#4 ST 4(SP),Label

  • 跳转到函数：BR Label

• 函数调用中

  • 根据实际情况分配空间：SUB SP,SP,#4*n，n为局部变量的个数+1（返回值）

• 函数调用后

  • 保存返回值：LD R0,4(SP)

  • 栈帧出栈：ADD SP,SP,#4*n

  • 根据栈中的返回地址，返回到调用函数的地址：BR 4(SP)

  • 恢复数据，获取返回值

• 当抛出异常时，可能会弹出多个栈帧

  • try：记录 catch 的位置

  • throw：跳转到 catch

堆区

• malloc new

• 关注效率，减少分割

• 手工管理/gc

块内优化

基于语法树的指令选择

• 定义规则通过模式匹配生成指令

模式	指令
叶节点a	LD R0,a
运算符节点 op x	op Rn,R1,R2 ST x,Rn

a = x - y
if x >= y goto L

• 上面的代码能否被优化成if a >= 0 goto L？

  • 不能：可能会溢出

其余优化

• 定义规则进行匹配

• Algebraic Identities：使用代数恒等式来简化表达式

  • $x^2 = x\cdot x$

• Machine Idioms：使用机器指令的特性来优化

• Redundant Load/Store：消除冗余的加载和存储

Peephole 优化

• 在小范围内优化代码

• 定义规则进行匹配