編譯大于運算符
原定的計劃中這一篇應當是要講如何編譯if表達式的，但是我發現沒什么東西可以作為if的test-form的部分的表達式，所以覺得，要不還是先實現一下比較兩個數字這樣子的功能吧。說干就干，我決定用大于運算符來作為例子――大于運算符就是指>啦。所以，我的目標是要編譯下面這樣的代碼
(> 1 2)
并且比較之后的結果要放在EAX寄存器中。鑒于現在這門語言還非常地簡陋，沒有布爾類型這樣子的東西，所以在此仿照C語言的處置方式，以數值0表示邏輯假，其它的值表示邏輯真。所以上面的表達式在編譯成匯編代碼并最終運行后，應當可以看到EAX寄存器中的值為0。
為了編譯大于運算符，并且將結果放入到EAX寄存器中，需要用到新的指令CMP、JG，以及JMP了。我的想法是，先將第一個操作數放入到EAX寄存器，將第二個操作數放入到EBX寄存器。然后，使用CMP指令比較這兩個寄存器。如果EAX中的數值大于EBX，那么就使用JG指令跳到一個MOV指令上，這道MOV會將寄存器EAX的值修改為1；否則，JG不被執行，執行后續的一道MOV指令，將數值0寫入到EAX寄存器，然后使用JMP跳走，避免又執行到了剛才的第一道MOV指令。思路還是挺簡單的。
在修改jjcc2之前，還需要在inside-out/aux中對>予以支持，但沒什么特別的，就是往member的參數中加入>這個符號而已。之后，將jjcc2改為如下的形式
(defun jjcc2 (expr globals) "支持兩個數的四則運算的編譯器" (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) '*) ;; 將兩個數字相乘的結果放到第二個操作數所在的寄存器中 ;; 因為約定了用EAX寄存器作為存放最終結果給continuation用的寄存器，所以第二個操作數應當為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) ;; 編譯賦值語句的方式比較簡單，就是將被賦值的符號視為一個全局變量，然后將eax寄存器中的內容移動到這里面去 ;; TODO: 這里expr的second的結果必須是一個符號才行 ;; FIXME: 不知道應該賦值什么比較好，先隨便寫個0吧 (setf (gethash (second expr) globals) 0) (values (append (jjcc2 (third expr) globals) ;; 為了方便stringify函數的實現，這里直接構造出RIP-relative形式的字符串 `((movl %eax ,(get-operand expr 0)))) globals)) ((eq (first expr) '_exit) ;; 因為知道_exit只需要一個參數，所以將它的第一個操作數塞到EDI寄存器里面就可以了 ;; TODO: 更好的寫法，應該是有一個單獨的函數來處理這種參數傳遞的事情（以符合calling convention的方式） `((movl ,(get-operand expr 0) %edi) (movl #x2000001 %eax) (syscall))) ((eq (first expr) '>) ;; 為了可以把比較之后的結果放入到EAX寄存器中，以我目前不完整的匯編語言知識，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))) ;; 根據這篇文章（https://en.wikibooks.org/wiki/X86_Assembly/Control_Flow#Comparison_Instructions）中的說法，大于號左邊的數字應該放在CMP指令的第二個操作數中，右邊的放在第一個操作數中 `((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中運行下列代碼了
(let* ((ht (make-hash-table)) (asm (jjcc2 (inside-out '(_exit (> 1 2))) ht))) (stringify asm ht))
輸出的匯編代碼為
.dataG809: .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 G811G810: MOVL $1, %EAXG811: MOVL %EAX, G809(%RIP) MOVL G809(%RIP), %EDI MOVL $33554433, %EAX SYSCALL
編譯鏈接運行后，就可以得到預期的結果了。下面開始本文的正文
調用C標準庫的exit函數
在上面的介紹中，實現了對大于號（>）的處理，那么對if表達式的編譯也就是信手拈來的事了，不解釋太多。在本篇中，將會講述一下如何產生可以調用來自于C語言標準庫的exit(3)函數的匯編代碼。
在Common Lisp中并沒有一個叫做EXIT的內置函數，所以如同之前實現的_exit一樣，我會新增一種需要識別的(first expr)，即符號exit。為了可以調用C語言標準庫中的exit函數，需要遵循調用約定。對于exit這種只有一個參數的函數而言，情形比較簡單，只需要跟對_exit一樣處理即可。剛開始，我寫下的代碼是這樣的
(defun jjcc2 (expr globals) ;; 省略不必要的內容 (cond ;; 省略不必要的內容 ((member (first expr) '(_exit exit)) ;; 暫時以硬編碼的方式識別一個函數是否來自于C語言的標準庫 `((movl ,(get-operand expr 0) %edi) (call :|_exit|)))))
對(exit 1)進行編譯，會得到如下的代碼
.data .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions .globl _main_main: MOVL $1, %EDI CALL _exit
不過這樣的代碼經過編譯鏈接之后，一運行就會遇到段錯誤（segmentation fault）。經過一番放狗搜索后，才知道原來在macOS上調用C函數的時候，需要先將棧對齊到16字節――我將其理解為將指向棧頂的指針對齊到16字節。于是乎，我將jjcc2修改為如下的形式
(defun jjcc2 (expr globals) ;; 省略不必要的內容 (cond ;; 省略不必要的內容 ((member (first expr) '(_exit exit)) ;; 暫時以硬編碼的方式識別一個函數是否來自于C語言的標準庫 `((movl ,(get-operand expr 0) %edi) ;; 據這篇回答（https://stackoverflow.com/questions/12678230/how-to-print-argv0-in-nasm）所說，在macOS上調用C語言函數，需要將棧對齊到16位 ;; 假裝要對齊的是棧頂地址。因為棧頂地址是往低地址增長的，所以只需要將地址的低16位抹掉就可以了 (and ,(format nil "$0x~X" #XFFFFFFF0) %esp) (call :|_exit|)))))
結果發現還是不行。最后，實在沒轍了，只好先寫一段簡單的C代碼，然后用gcc -S生成匯編代碼，來看看究竟應當如何處理這個棧的對齊要求。一番瞎折騰之后，發現原來是要處理RSP寄存器而不是ESP寄存器――我也不曉得這是為什么，ESP不就是RSP的低32位而已么。
最后，把jjcc2寫成下面這樣后，終于可以成功編譯(exit 1)了
(defun jjcc2 (expr globals) "支持兩個數的四則運算的編譯器" (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) '*) ;; 將兩個數字相乘的結果放到第二個操作數所在的寄存器中 ;; 因為約定了用EAX寄存器作為存放最終結果給continuation用的寄存器，所以第二個操作數應當為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) ;; 編譯賦值語句的方式比較簡單，就是將被賦值的符號視為一個全局變量，然后將eax寄存器中的內容移動到這里面去 ;; TODO: 這里expr的second的結果必須是一個符號才行 ;; FIXME: 不知道應該賦值什么比較好，先隨便寫個0吧 (setf (gethash (second expr) globals) 0) (values (append (jjcc2 (third expr) globals) ;; 為了方便stringify函數的實現，這里直接構造出RIP-relative形式的字符串 `((movl %eax ,(get-operand expr 0)))) globals)) ;; ((eq (first expr) '_exit) ;; ;; 因為知道_exit只需要一個參數，所以將它的第一個操作數塞到EDI寄存器里面就可以了 ;; ;; TODO: 更好的寫法，應該是有一個單獨的函數來處理這種參數傳遞的事情（以符合calling convention的方式） ;; `((movl ,(get-operand expr 0) %edi) ;; (movl #x2000001 %eax) ;; (syscall))) ((eq (first expr) '>) ;; 為了可以把比較之后的結果放入到EAX寄存器中，以我目前不完整的匯編語言知識，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))) ;; 根據這篇文章（https://en.wikibooks.org/wiki/X86_Assembly/Control_Flow#Comparison_Instructions）中的說法，大于號左邊的數字應該放在CMP指令的第二個操作數中，右邊的放在第一個操作數中 `((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語句的測試表達式的結果也是放在%eax寄存器中的，所以只需要拿%eax寄存器中的值跟0做比較即可（類似于C語言） (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)) ;; 暫時以硬編碼的方式識別一個函數是否來自于C語言的標準庫 `((movl ,(get-operand expr 0) %edi) ;; 據這篇回答（https://stackoverflow.com/questions/12678230/how-to-print-argv0-in-nasm）所說，在macOS上調用C語言函數，需要將棧對齊到16位 ;; 假裝要對齊的是棧頂地址。因為棧頂地址是往低地址增長的，所以只需要將地址的低16位抹掉就可以了 (and ,(format nil "$0x~X" #XFFFFFFFFFFFFFFF0) %rsp) (call :|_exit|)))))
生成的匯編代碼如下
.data .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions .globl _main_main: MOVL $1, %EDI AND $0xFFFFFFFFFFFFFFF0, %RSP CALL _exit
好了，這個時候我就在想，如果想要支持其它來自C語言標準庫的函數的話，只要依葫蘆畫瓢就好了，好像還挺簡單的――天真的我如此天真地想著。
總結
以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，謝謝大家對武林網的支持。
新聞熱點
疑難解答
圖片精選
