调用C标准库的exit函数

上一篇文章中,实现了对大于号(>)的处理,那么对if表达式的编译也就是信手拈来的事了,不解释太多。在本篇中,将会讲述一下如何产生可以调用来自于C语言标准库的exit(3)函数的汇编代码。

在Common Lisp中并没有一个叫做EXIT的内置函数,所以如同之前实现的_exit一样,我会新增一种需要识别的(first expr),即符号exit。为了可以调用C语言标准库中的exit函数,需要遵循调用约定。对于exit这种只有一个参数的函数而言,情形比较简单,只需要跟对_exit一样处理即可。刚开始,我写下的代码是这样的

1
2
3
4
5
6
7
(defun jjcc2 (expr globals)
;; 省略不必要的内容
(cond ;; 省略不必要的内容
((member (first expr) '(_exit exit))
;; 暂时以硬编码的方式识别一个函数是否来自于C语言的标准库
`((movl ,(get-operand expr 0) %edi)
(call :|_exit|)))))

(exit 1)进行编译,会得到如下的代码

1
2
3
4
5
6
        .data
.section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
.globl _main
_main:
MOVL $1, %EDI
CALL _exit

不过这样的代码经过编译链接之后,一运行就会遇到段错误(segmentation fault)。经过一番放狗搜索后,才知道原来在macOS上调用C函数的时候,需要先将栈对齐到16字节——我将其理解为将指向栈顶的指针对齐到16字节。于是乎,我将jjcc2修改为如下的形式

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(defun jjcc2 (expr globals)
;; 省略不必要的内容
(cond ;; 省略不必要的内容
((member (first expr) '(_exit exit))
;; 暂时以硬编码的方式识别一个函数是否来自于C语言的标准库
`((movl ,(get-operand expr 0) %edi)
;; 据这篇回答(https://stackoverflow.com/questions/12678230/how-to-print-argv0-in-nasm)所说,在macOS上调用C语言函数,需要将栈对齐到16
;; 假装要对齐的是栈顶地址。因为栈顶地址是往低地址增长的,所以只需要将地址的低16位抹掉就可以了
(and ,(format nil "$0x~X" #XFFFFFFF0) %esp)
(call :|_exit|)))))

结果发现还是不行。最后,实在没辙了,只好先写一段简单的C代码,然后用gcc -S生成汇编代码,来看看究竟应当如何处理这个栈的对齐要求。一番瞎折腾之后,发现原来是要处理RSP寄存器而不是ESP寄存器——我也不晓得这是为什么,ESP不就是RSP的低32位而已么。

最后,把jjcc2写成下面这样后,终于可以成功编译(exit 1)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
(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)))
((eq (first expr) 'if)
;; 假定if语句的测试表达式的结果也是放在%eax寄存器中的,所以只需要拿%eax寄存器中的值跟0做比较即可(类似于C语言)
(let ((label-else (intern (symbol-name (gensym)) :keyword))
(label-end (intern (symbol-name (gensym)) :keyword)))
(append (jjcc2 (second expr) globals)
`((cmpl $0 %eax)
(je ,label-else))
(jjcc2 (third expr) globals)
`((jmp ,label-end)
,label-else)
(jjcc2 (fourth expr) globals)
`(,label-end))))
((member (first expr) '(_exit exit))
;; 暂时以硬编码的方式识别一个函数是否来自于C语言的标准库
`((movl ,(get-operand expr 0) %edi)
;; 据这篇回答(https://stackoverflow.com/questions/12678230/how-to-print-argv0-in-nasm)所说,在macOS上调用C语言函数,需要将栈对齐到16
;; 假装要对齐的是栈顶地址。因为栈顶地址是往低地址增长的,所以只需要将地址的低16位抹掉就可以了
(and ,(format nil "$0x~X" #XFFFFFFFFFFFFFFF0) %rsp)
(call :|_exit|)))))

生成的汇编代码如下

1
2
3
4
5
6
7
        .data
.section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
.globl _main
_main:
MOVL $1, %EDI
AND $0xFFFFFFFFFFFFFFF0, %RSP
CALL _exit

好了,这个时候我就在想,如果想要支持其它来自C语言标准库的函数的话,只要依葫芦画瓢就好了,好像还挺简单的——天真的我如此天真地想着。

全文完