a25_kharcs3 のバックアップ(No.2)

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a25_kharcs3 へ行く。
- 1 (2025-06-13 (金) 08:22:43)
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- 3 (2025-06-13 (金) 12:20:57)

kharcs #3

(by K, 2025.06.13)

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(0) これはなに？

（kharcsページは、kharc開発でわかったことを整理して説明するためのページ群です。）

今回説明したいこと：～この順番でCコンパイラを作ったら早くできたよ！～
- [1]～[6]→a25_kharcs2
- [7]プリプロセッサ、グラフィックライブラリ（8日目）

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(7) プリプロセッサ、グラフィックライブラリ（8日目：6/13）

昨日のエミュレータ＆JITコンパイラで楽しくなってきたので、プリプロセッサとグラフィックライブラリをkccにマージしました。
プリプロセッサは a25_buntan04 の2025.05.07～2025.05.23にて開発していたものをほぼのそのまま使いました。
グラフィックライブラリはeasy-Cを作った時に使ったものをacl3に合わせて少し修正したものを使いました（これをacl3gという名前にしました）。

ここでいったん現状をまとめます。

(1)acl3ライブラリ	607行	19.9KB	開発期間:2025.04.11～2025.06.13	自分自身の開発力上げていくためのライブラリ
(2)acl3gライブラリ	653行	16.6KB	開発期間:2025.06.13～2025.06.13	過去に作って使ってきたacl1を手直しして作ったものなので、開発期間は参考程度に
(3)プリプロセッサ	378行	12.6KB	開発期間:2025.05.07～2025.05.23	C言語のソースコードテキストデータから、プリプロセッサ済みのテキストデータを出力する
(4)コンパイラ本体	840行	27.7KB	開発期間:2025.06.04～2025.06.13	プリプロセッサ済みのテキストデータから、kharc用のアセンブラをテキストデータで出力する
(5)内蔵用アセンブラ	87行	13.3KB	開発期間:2025.06.12～2025.06.13	kharc用のアセンブラで、テキストデータからバイナリデータを出力する
(6)kharcエミュレータ	73行	↑	開発期間:2025.06.12～2025.06.13	kharcのバイナリをエミュレータ実行する
(7)kharcバイナリ→x86機械語のJITコンパイラ	66行	↑	開発期間:2025.06.12～2025.06.13	kharcのバイナリをJITコンパイルして、x86の機械語にする
(8)(main)	52行	2.1KB	開発期間:2025.06.04～2025.06.13	上記のプログラム群を呼び出している部分
(4～8の集計)	1118行	43.1KB	開発期間:2025.06.04～2025.06.13	8日間で1118行ということなので、1日に140行（5.4KB）くらいしか書いてない。

今回作った、「それっぽい見た目にするための」ヘッダファイル。汚い部分をすべてこれで隠しています（笑）。

プリプロセッサが使えるようになったので作りました。

void startup() { main(); asm { End(); } }

// APIs (syscall)
#define openWin(xSiz, ySiz)               Syc(0, xSiz, ySiz)
#define wait(msec)                        Syc(1, msec)
#define setMode(win, mod)                 Syc(2, win, mod)
#define setPix0(win, x, y, c)             Syc(3, win, x, y, c)
#define fillRect0(win, sx, sy, x, y, c)   Syc(4, win, sx, sy, x, y, c)
#define fillRect(win, sx, sy, x, y, c)    Syc(5, win, sx, sy, x, y, c)
#define drawRect0(win, sx, sy, x, y, c)   Syc(6, win, sx, sy, x, y, c)
#define drawRect(win, sx, sy, x, y, c)    Syc(7, win, sx, sy, x, y, c)
#define drawLine(win, x0, y0, x1, y1, c)  Syc(8, win, x0, y0, x1, y1, c)
#define fillOval0(win, sx, sy, x, y, c)   Syc(9, win, sx, sy, x, y, c) 
#define fillOval(win, sx, sy, x, y, c)    Syc(10, win, sx, sy, x, y, c)
#define drawOval(win, sx, sy, x, y, c)    Syc(11, win, sx, sy, x, y, c)
#define fillOvalCent(win, x, y, a, b, c)  Syc(12, win, x, y, a, b, c)
#define drawOvalCent(win, x, y, a, b, c)  Syc(13, win, x, y, a, b, c)
#define fill(win, x, y, c)                Syc(14, win, x, y, c)
#define Amul64Shr(a, b, c)                Syc(15, a, b, c)
#define AprintTime()                      Syc(16)
#define Argb8(r, g, b)                    ((r)*65536+(g)*256+(b))

#define AWin_ModeSet   0
#define AWin_ModeOr    1
#define AWin_ModeAnd   2
#define AWin_ModeXor   3

void putchar(int c) { asm { LodRMd(R0,SP,$c); printf("%c", R0); } }

まずは私にとって定番のこれを作りました（サンプル1）。

#include "kharc.h"

int main()
{
    int win, x, y, c;
    win = openWin(256, 256);
    c = 0;
    for (y = 0; y < 256; y++) {
        for (x = 0; x < 256; x++) {
            setPix0(win, x, y, c);
            c = c + 0x100;
        }
    }
    wait(-1);
}

こうやってグラフィックスが出せるようになると、なんかすごい感じがしてきます（笑）。
これは上記のソースコードをテキストファイルに保存して、
```
prompt>kcc sample1.txt
```
とすればすぐに表示されます。kccさえあれば、gccなどのコンパイラがインストールされていなくても実行できるのです。中間ファイルも実行ファイルも生成されることはありません。全てメモリ内で処理しています。
このプログラムのように最後がwait(-1)で終わっているものは、そのままではいくら待っても終了しないので、Ctrl-Cで終了させてください。

次はこれを作りました（サンプル2）。私がcharsと呼んでいるものです。

#include "kharc.h"

int main()
{
    int i;
    for (i = 0x20; i <= 0x7e; i++) {
        putchar(i);
    }
    putchar(0x0a);
    return 0;
}

実行結果はこうなります。

 !"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~

次はこれを作りました（サンプル3）。

#include "kharc.h"

int main()
{
    int win, x, y, c;
    win = openWin(512, 512); setMode(win, AWin_ModeXor);
    c = 0xffff00;
    for (x = 0; x < 512; x++) {
        drawLine(win, 0, 0, x,   511, c);
        drawLine(win, x, 0, 511, 511, c);
    }
    wait(-1);
}

次はこれを作りました（サンプル4）。

#include "kharc.h"

int main()
{
    int win, x, y, c;
    win = openWin(256, 256);
    for (y = 0; y < 256; y++) {
        for (x = 0; x < 256; x++) {
            c = (x ^ y) * 0x010101;
            setPix0(win, x, y, c);
        }
    }
    wait(-1);
}

これはマンデルブロー集合の画像をかくためのプログラムです（サンプル5）。
普通に実行すると数分の実行時間がかかるので、
```
prompt>kcc sample5.txt 2
```

のようにファイル名のあとに「2」を付けます。これは実行モード指定で、0が普通のエミュレーション、1が改良して高速になったエミュレーション、2がJITコンパイルによる実行になります。デフォルトは1にしてあります。

#include "kharc.h"

int main()
{
    int w; w = openWin(512, 384);
    int x, y;
    for (y = 0; y < 384; y++) {
        for (x = 0; x < 512; x++) {
            int sn, sx, sy, n; sn = 0;
            int c, cx, cy, zx, zy, xx, yy;
            for (sx = 0; sx < 4; sx++) {
                cx = (x * 4 + sx) * 56 + 4673536;
                for (sy = 0; sy < 4; sy++) {
                    cy = (y * 4 + sy) * (-56) - 124928;
                    zx = cx; zy = cy;
                    for (n = 1; n < 447; n++) {
                        xx = Amul64Shr(zx, zx, 24);
                        yy = Amul64Shr(zy, zy, 24);
                        if (xx + yy > 0x4000000) break;
                        zy = Amul64Shr(zy, zx, 23);
                        zx = xx + cx - yy;
                        zy = zy + cy;
                    }
                    sn = sn + n;
                }
            }
            n = sn / 16;
            c = Argb8(n, 0, 0);
            if (n >= 256) {
                c = Argb8(0, 0, 0);
                if (n < 447) {
                    c = Argb8(255, n - 255, 0);
                }
            }
            setPix0(w, x, y, c);
        }
    }
    AprintTime();
    wait(-1);
}

多用している Amul64Shr(a, b, c) という関数は、aとbを掛け算して64bitの結果を生成し、それをcビットだけ右シフトして、その結果を32bitで返す関数です。aもbもcも計算結果もすべて32bit整数なのですが、途中で64bit演算が必要なので、こんな関数になっています。