a21_txt02_4a のバックアップ(No.3)

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「10日くらいでできる！プログラミング言語自作入門」の続編#1-4a

(by K, 2021.04.21)

(1) HL-14a

HL-14は期待通りに速くなってくれて大変うれしいのですが、その生成コードの質はまだ「いまいち」になっています。具体的に見てみましょう。
```
>codedump 1

(len=0)

>regVar(0 i)
8b 1d 20 0b 42 00
(len=6)

>run hl3.txt
8b 05 0c 0a 42 00 89 c3 8b c3 40 89 c3 3b 05 28 0b 42 00 0f 8c ef ff ff ff e8 a9 22 f8 fd
(len=30)
```

これは、1億回ループのプログラムをcodedump 1の状態でrunした結果です。このコードを見やすい形で書き直すとこうなります。

    8b 05 0c 0a 42 00;  // EAX = 0;
    89 c3;              // EBX = EAX;
label:
    8b c3;              // EAX = EBX;
    40;                 // EAX++;
    89 c3;              // EBX = EAX;
    3b 05 28 0b 42 00;  // if (EAX < 1億) goto label;
    0f 8c ef ff ff ff;
    e8 a9 22 f8 fd;     // call time

まあこれは、HL-14のアルゴリズムを考えれば、こうなって当然なのですが、しかし「あちゃー」と言いたくなるような結果でもあるのです。
どこが低品質なのかというと、EBXレジスタを使っているにもかかわらず（＝メモリじゃないのに）、わざわざEAXに持ち替えてから処理をしているところがだめなのです。

理想を考えると以下のようになります。

    8b 1d 0c 0a 42 00;  // EBX = 0;
label:
    43;                 // EBX++;
    3b 1d 28 0b 42 00;  // if (EBX < 1億) goto label;
    0f 8c ef ff ff ff;
    e8 a9 22 f8 fd;     // call time

普通ならこのようにEBXをEBXのままで演算すべきなのです。これなら1ループ当たりの命令数は5→3となるので、高速化が期待できます。

ここまでは、私もわかっていました。それこそ何年も前から分かっていました。しかしレジスタ変数の場合と、メモリ変数の場合で場合分けして処理を書き始めると、あっという間に言語処理系は大きくなってしまいます。それはちっとも「自作入門」ではありません。
でもようやく、これを簡単に書く方法を思いつきました。いやもっといい方法があるかもしれないですが、とりあえず現時点で私が知る中では一番シンプルなやり方です。

HL-14の段階では、加算の二項演算子はこうなっています。
```
8b_%1m0; 03_%2m0; 89_%0m0;
```
これをHL-14aでは以下のようにします。
```
%1L0; 03_&8:%2m0; %0S;
```
これの意味を説明します。
まず最初の「%1L0;」ですが、これは基本的には「8b_%1m0;」と同じ動作をします。だから基本的には今まで通りです。しかし、もし1番目の変数がレジスタ変数で、しかも0番目の変数と1番目の変数が同じ変数だったら、%1L0;は何も出力しないで、内部変数rにレジスタ変数のレジスタ番号を代入します。なお、この動作をしないときのrのデフォルト値は0です。
次に「&8:」という記述が新しいです。これはプリフィクス（接頭語）で、次の%2m0にかかっています。r=0の時、このプリフィクスは何の効果もありません。だから普段は今まで通りの動作しかしません。しかしrが0以外の時は、このr*8の値を次の命令出力時に加算します。8なのは、&8:と書いてあるからです。もし9だったらr*9の値になりますし、1だったらr*1の値になります。
最後の「%0S;」は、もしr=0だったら、「89_%0m0;」と同じ動作をします。しかしrが0以外なら何も出力しません。

では、%0と%1が同じ変数を指していて、しかもレジスタ変数だったら最終的にどんな出力になるでしょうか。ここではEBXレジスタのレジスタ変数だった場合を考えてみます。
EBXなので、r=3になります。%1L0と%0Sは何も出力しません。すると、結局1命令だけになり、
```
03_%2m3;
```
に相当する機械語だけが出てくることになるのです。おお、これこそまさにEAXを経由せずに、EBXだけで演算が完結しているのです。

もし%0と%1のどちらもレジスタ変数だけど、でも同じ変数ではなかったら、つまり
```
EBX = ESI + %2;
```
みたいな状態だったら、いつも通りのEAX経由の計算になります。
```
EAX = ESI;
EAX += %2;
EBX = EAX;
```

これはまだだめじゃないかと思うかもしれません。まあその通りです。せめて「EBX = ESI; EBX += %2;」くらいにできたらいいですよね。そうなんです。しかし、もし%2がEBXだったらどうしましょう。最初の「EBX = ESI;」のせいでEBXの値が上書きされて値が変わってしまうので、うまく計算できなくなります。そういうことを考えるといろいろめんどくさくなってきたので、ひとまずこの件は保留にして、以前通りのEAX経由にしているというわけです。

と思ったけど、これを書いて説明しているうちに何とかなりそうな気がしてきました。
```
%1L02; 03_&8:%2m0; %0S;
```
こう書かせることにします。それで、%1L02では%1と%0だけをみて挙動を決めるのではなく、必要に応じて%2も見ます。
- (1)%0と%1がレジスタ変数で、しかも同一変数であれば、%1L02;は%2の内容にかかわらず、rにレジスタ番号をセットして、何も出力しません。
- (2)上記以外で、%0がレジスタ変数であれば、%2が%0と等しいかどうかを調べます。もし等しくなければ、%0のレジスタ番号をrにセットして、%0=%1;の8b命令を出力します。
- (3)上記のどちらでもなければ、r=0として、従来通りEAX=%1;の8b命令を出力します。
これで余計なEAX経由の計算は最小限にできそうです！

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次回に続く

次回: a21_txt02_5

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