Давайте создадим компилятор! - Джек Креншоу

procedure DoProc;

var N: char;

begin

Match('p');

N := GetName;

FormalList;

Fin;

if InTable(N) then Duplicate(N);

ST[N] := 'p';

ProcProlog(N);

BeginBlock;

ProcEpilog;

ClearParams;

end;

{–}

В заключение, мы должны изменить ссылки на SP в процедурах LoadParam и StoreParam:

{–}

{ Load a Parameter to the Primary Register }

procedure LoadParam(N: integer);

var Offset: integer;

begin

Offset := 8 + 2 * (NumParams – N);

Emit('MOVE ');

WriteLn(Offset, '(A6),D0');

end;

{–}

{ Store a Parameter from the Primary Register }

procedure StoreParam(N: integer);

var Offset: integer;

begin

Offset := 8 + 2 * (NumParams – N);

Emit('MOVE D0,');

WriteLn(Offset, '(A6)');

end;

{–}

(Заметьте, что вычисление Offset изменяется чтобы учесть дополнительное сохранение A6.)

Это все что требуется. Попробуйте и посмотрите как вам это нравится.

К этому моменту мы генерируем некоторый относительно хороший код для процедур и вызовов процедур. С ограничениями, что нет никаких локальных переменных (пока) и не разрешено вложение процедур этот код именно то что нам нужно.

Все еще остается только одна небольшая проблема:

У нас нет способа возвратить результат в вызывающую программу!

Но это, конечно, не ограничение генерируемого нами кода, а ограничение, свойственное протоколу передачи по значению. Обратите внимание, что мы можем использовать формальные параметры любым способом внутри процедуры. Мы можем вычислять для них новое значение, использовать их как счетчики циклов (если бы мы имели циклы!) и т.д. Так что код делает то, что предполагается. Чтобы решить эту последнюю проблему мы должны рассмотреть альтернативный протокол.

Передача по ссылке

Это просто теперь, когда мы уже имеем механизм. Мы только должны внести несколько изменений в генерацию кода. Вместо помещения значения в стек, мы должны помещать адрес. Оказывается, 68000 имеет инструкцию PEA которая как раз делает это.

Для этого мы сделаем новую версию тестовой программы. Перед тем, как сделать что-нибудь еще, сделайте копию программы в ее текущем состоянии, потому что позже она понадобится нам снова.

Давайте начнем с рассмотрения кода, который мы хотели бы видеть сгенерированным для нового случая. Используя тот же самый пример что и раньше, мы должны вызов

FOO(X, Y)

оттранслировать в:

PEA X(PC) ; Сохранить адрес X

PEA Y(PC) ; Сохранить адрес Y

BSR FOO ; Вызвать FOO

Это просто вопрос небольших изменений в Param:

{–}

{ Process an Actual Parameter }

procedure Param;

begin

EmitLn('PEA ' + GetName + '(PC)');

end;

{–}

(Обратите внимание, что при передачей по ссылке мы не можем использовать выражения в списке параметров, поэтому Param может просто непосредственно считывать имя).

На другой стороне, ссылки на формальные параметры должны получить один уровень косвенности:

FOO: LINK A6,#0

MOVE.L 12(A6),A0 ; Извлечь адрес A

MOVE (A0),D0 ; Извлечь A

MOVE D0,-(SP) ; Сохранить

MOVE.L 8(A6),A0 ; Извлечь адрес B

MOVE (A0),D0 ; Извлечь B

ADD (SP)+,D0 ; Добавить A

MOVE.L 12(A6),A0 ; Извлечь адрес A

MOVE D0,(A0) : Сохранить A

UNLK A6

RTS

Все это может быть обработано с изменениями в LoadParam and StoreParam:

{–}

{ Load a Parameter to the Primary Register }

procedure LoadParam(N: integer);

var Offset: integer;

begin

Offset := 8 + 4 * (NumParams – N);

Emit('MOVE.L ');

WriteLn(Offset, '(A6),A0');

EmitLn('MOVE (A0),D0');

end;

{–}

{ Store a Parameter from the Primary Register }

procedure StoreParam(N: integer);

var Offset: integer;

begin

Offset := 8 + 4 * (NumParams – N);

Emit('MOVE.L ');

WriteLn(Offset, '(A6),A0');

EmitLn('MOVE D0,(A0)');

end;

{–}

Для правильного расчета, мы также должны изменить одну строку в ParamList:

ParamList := 4 * N;

Теперь должно работать. Испытайте компилятор и посмотрите, генерирует ли он приемлемый код. Как вы увидите, код вряд ли оптимален, так как мы перезагружаем регистр адреса каждый раз, когда необходим параметр. Но это соответствует нашему принципу KISS – просто генерировать код который работает. Мы только сделаем здесь небольшое замечание, что есть еще один кандидат для оптимизации и пойдем дальше.

Теперь мы научились обрабатывать параметры использую передачу по значению и передачу по ссылке. В реальном мире, конечно, мы хотели бы иметь возможность работать с обоими методами. Однако пока мы не можем этого сделать, потому что у нас еще не было урока по типам.

Если мы можем иметь только один метод, то, конечно, это должен быть старый добрый Фортранов метод передачи по ссылке, так как это единственный способ, которым процедуры могут возвращать значения в вызвавшую программу.

Это, фактически, будет одним из различий между TINY и KISS. В следующей версии TINY мы будем использовать передачу по ссылке для всех параметров. KISS будет поддерживать оба метода.

Локальные переменные

Пока мы не сказали ничего о локальных переменных и наше определение процедур не разрешает их. Само собой разумеется, что это большой пробел в нашем языке и он должен быть исправлен.

И снова здесь мы стоим перед выбором: статическое или динамическое хранение?

В старых FORTRAN программах локальные переменные использовали статическое хранение подобно глобальным. То есть, каждая локальная переменная получала имя и распределенный адрес как любая другая переменная и к ней обращались по этому имени.

Нам это легко сделать, используя уже имеющийся механизм распределения. Помните, однако, что локальные переменные могут иметь те же самые имена, что и глобальные переменные. Мы так или иначе должны согласиться с этим, назначая уникальные имена для этих переменных.

Характерная особенность статического хранения в том, что данные выживают при вызове процедуры и возврате. Когда процедура вызывается снова, данные все еще будут здесь. Это может быть преимуществом в некоторых приложениях. Во времена FORTRAN мы применяли такой прием как инициализация флажка, чтобы вы могли сказать когда мы входим в процедуру первый раз и могли бы выполнить любую первоначальную инициализацию, которую необходимо выполнить.

Конечно, эта же «особенность» статического хранения делает рекурсию невозможной. Любое новое обращение к процедуре перепишет данные уже находящиеся в локальных переменных.

Альтернативой является динамическое хранение, при котором память распределяется в стеке точно также как и для переданных параметров. Для это мы уже имеем готовый механизм. Фактически, те же самые подпрограммы, которые работают с переданными (по значению) параметрами в стеке, могут так же легко работать и с локальными переменными... генерируемый код тот же самый. Назначение смещения в инструкции 68000 LINK сейчас такое: мы можем использовать его для регулировки указателя стека при выделении места для локальных переменных. Динамическое хранение, конечно, по существу поддерживает рекурсию.

Когда я впервые начал планировать TINY, я должен признаться имел предубеждение в пользу статического хранения. Просто потому, что старые FORTRAN программы были чрезвычайно эффективны... ранние компиляторы FORTRAN производили качественный код, который и сейчас редко сопоставим с современными компиляторами. Даже сегодня данная программа, написанная на FORTRAN вероятно превзойдет ту же самую программу написанную на C или Pascal, иногда с большим отрывом. (Вот так! Что вы скажете на это заявление!)

Я всегда полагал, что причина имела отношение к двум основным различиям между реализациями Фортрана и другими языками: статическое хранение и передача по ссылке. Я знаю, что динамическое хранение поддерживает рекурсию, но мне всегда казалось немного странным желание мириться с более медленным кодом, который в 95% случаев не нуждается в рекурсии, только для того чтобы получить эту возможность когда она понадобится. Идея состоит в том, что со статическим хранением вы можете использовать не косвенную а абсолютную адресацию, которая должна привести к более быстрому коду.

Позднее, однако, некоторые люди указали мне, что в действительности нет никаких падений производительности связанной с динамическим хранением. Для 68000, к примеру, вы в любом случае не должны использовать абсолютную адресацию... большинство операционных систем требуют переместимый код. И команда 68000

MOVE 8(A6),D0

имеет тоже самое время выполнения, что и

MOVE X(PC),D0.

Так что теперь я убежден, что нет никакой важной причины не использовать динамическое хранение.

Так как такое использование локальных переменных так хорошо соответствует схеме передачи параметров по значению, мы будем использовать эту версию транслятора для иллюстрации (я надеюсь вы сохранили копию!).

Основная идея состоит в том, чтобы отслеживать количество локальных параметров. Затем мы используем это число в инструкции LINK для корректировки указателя стека при выделения для них места. Формальные параметры адресуются как положительные смещения от указателя кадра а локальные как отрицательные смещения. С небольшой доработкой те же самые процедуры, которые мы уже создали, могут позаботиться обо всем этом.

Давайте начнем с создания новой переменной Base:

var Base: integer;

Мы будем использовать эту переменную вместо NumParams для вычисления смещения стека. Это подразумевает изменение двух ссылок на NumParams в LoadParam и StoreParam: