编译大于运算符

原定的计划中这一篇应当是要讲如何编译if表达式的,但是我发现没什么东西可以作为if的test-form的部分的表达式,所以觉得,要不还是先实现一下比较两个数字这样子的功能吧。说干就干,我决定用大于运算符来作为例子——大于运算符就是指>啦。所以,我的目标是要编译下面这样的代码

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(> 1 2)

并且比较之后的结果要放在EAX寄存器中。鉴于现在这门语言还非常地简陋,没有布尔类型这样子的东西,所以在此仿照C语言的处置方式,以数值0表示逻辑假,其它的值表示逻辑真。所以上面的表达式在编译成汇编代码并最终运行后,应当可以看到EAX寄存器中的值为0。

为了编译大于运算符,并且将结果放入到EAX寄存器中,需要用到新的指令CMPJG,以及JMP了。我的想法是,先将第一个操作数放入到EAX寄存器,将第二个操作数放入到EBX寄存器。然后,使用CMP指令比较这两个寄存器。如果EAX中的数值大于EBX,那么就使用JG指令跳到一个MOV指令上,这道MOV会将寄存器EAX的值修改为1;否则,JG不被执行,执行后续的一道MOV指令,将数值0写入到EAX寄存器,然后使用JMP跳走,避免又执行到了刚才的第一道MOV指令。思路还是挺简单的。

在修改jjcc2之前,还需要在inside-out/aux中对>予以支持,但没什么特别的,就是往member的参数中加入>这个符号而已。之后,将jjcc2改为如下的形式

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(defun jjcc2 (expr globals)
"支持两个数的四则运算的编译器"
(check-type globals hash-table)
(cond ((eq (first expr) '+)
`((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
(movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
(addl %ebx %eax)))
((eq (first expr) '-)
`((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
(movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
(subl %ebx %eax)))
((eq (first expr) '*)
;; 将两个数字相乘的结果放到第二个操作数所在的寄存器中
;; 因为约定了用EAX寄存器作为存放最终结果给continuation用的寄存器,所以第二个操作数应当为EAX
`((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
(movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
(imull %ebx %eax)))
((eq (first expr) '/)
`((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
(cltd)
(movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
(idivl %ebx)))
((eq (first expr) 'progn)
(let ((result '()))
(dolist (expr (rest expr))
(setf result (append result (jjcc2 expr globals))))
result))
((eq (first expr) 'setq)
;; 编译赋值语句的方式比较简单,就是将被赋值的符号视为一个全局变量,然后将eax寄存器中的内容移动到这里面去
;; TODO: 这里expr的second的结果必须是一个符号才行
;; FIXME: 不知道应该赋值什么比较好,先随便写个0吧
(setf (gethash (second expr) globals) 0)
(values (append (jjcc2 (third expr) globals)
;; 为了方便stringify函数的实现,这里直接构造出RIP-relative形式的字符串
`((movl %eax ,(get-operand expr 0))))
globals))
((eq (first expr) '_exit)
;; 因为知道_exit只需要一个参数,所以将它的第一个操作数塞到EDI寄存器里面就可以了
;; TODO: 更好的写法,应该是有一个单独的函数来处理这种参数传递的事情(以符合calling convention的方式)
`((movl ,(get-operand expr 0) %edi)
(movl #x2000001 %eax)
(syscall)))
((eq (first expr) '>)
;; 为了可以把比较之后的结果放入到EAX寄存器中,以我目前不完整的汇编语言知识,可以想到的方法如下
(let ((label-greater-than (intern (symbol-name (gensym)) :keyword))
(label-end (intern (symbol-name (gensym)) :keyword)))
;; 根据这篇文章(https://en.wikibooks.org/wiki/X86_Assembly/Control_Flow#Comparison_Instructions)中的说法,大于号左边的数字应该放在CMP指令的第二个操作数中,右边的放在第一个操作数中
`((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
(movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
(cmpl %ebx %eax)
(jg ,label-greater-than)
(movl $0 %eax)
(jmp ,label-end)
,label-greater-than
(movl $1 %eax)
,label-end)))))

然后便可以在REPL中运行下列代码了

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(let* ((ht (make-hash-table))
(asm (jjcc2 (inside-out '(_exit (> 1 2))) ht)))
(stringify asm ht))

输出的汇编代码为

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        .data
G809: .long 0
.section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
.globl _main
_main:
MOVL $1, %EAX
MOVL $2, %EBX
CMPL %EBX, %EAX
JG G810
MOVL $0, %EAX
JMP G811
G810:
MOVL $1, %EAX
G811:
MOVL %EAX, G809(%RIP)
MOVL G809(%RIP), %EDI
MOVL $33554433, %EAX
SYSCALL

编译链接运行后,就可以得到预期的结果了。

全文完。