a25_kharcs2 のバックアップ(No.3)

kharcs #2

(by K, 2025.06.09)

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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]関数宣言・インラインアセンブラ（2日目）
- [2]変数宣言・インラインアセンブラ内でのラベル宣言（3日目）
- [3]四則演算、return、関数呼び出し（4日目）

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(1) 関数宣言・インラインアセンブラ（2日目：6/5）

とりあえず、以下の記述くらいならできるようになりました。
```
int func(int i)
{
    asm { LodRMd(R0,SP,$i); AddRI(R0,3); } // R0=i+3;
}
```

受け取った引数に3を足すだけのヘボ関数です。コンパイルすると以下のようになります。

LbI(1); // func()
 SubAI(SP,8);
 StoAMd(RP,SP,0); // RP値を保存している（とりあえず今は無条件でやっている）.
 LodRMd(R0,SP,8); AddRI(R0,3); // （ここはasmの中身）$iが8に置換されている.
 LodAMd(RP,SP,0); // RP値を復元している.
 AddAI(SP,8);
 Ret();

引数に名前を付けて参照できるので、どこに何があるのかを人間が管理しなくてもよくなりました。

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(2) 変数宣言・インラインアセンブラ内でのラベル宣言（3日目：6/6）

ローカル変数の宣言を可能にして、スタック内がどうなっているか、コンパイラに管理してもらえるようにしました。

void main()
{
    params(1); // このmain内で行われる関数呼び出しは、引数が最大で1つだという意味（もしインラインアセンブラ内で関数呼び出ししないなら、この記述はいらない）.
    asm {
        MovRI(R0,46); StoRMd(R0,SP,0); CalII($fib,@lb0:); // R0 = fib(46);
        return R0;
    }
}

int fib(int i)
{
    int tmp;
    params(1);
    asm {
        LodRMd(R0,SP,$i); CmpJleRII(R0,1,@skip); // if (i <= 1) goto skip;
                          SubRI(R0,2); StoRMd(R0,SP,0); CalII($fib,@lb0:); StoRMd(R0,SP,$tmp); // tmp = fib(i-2);
        LodRMd(R0,SP,$i); SubRI(R0,1); StoRMd(R0,SP,0); CalII($fib,@lb1:); // R0 = fib(i-1);
        LodRMd(R1,SP,$tmp); AddRR(R0,R1); // R0 += tmp;
        LbI(@skip:);
    }
}

このfib()部分のコンパイル結果はこうなります。

LbI(4); // fib()
 SubAI(SP,16);
 StoAMd(RP,SP,12);
 LodRMd(R0,SP,16); CmpJleRII(R0,1,7); // if (i <= 1) goto skip;
                   SubRI(R0,2); StoRMd(R0,SP,0); CalII(4,5); StoRMd(R0,SP,8); // tmp = fib(i-2);
 LodRMd(R0,SP,16); SubRI(R0,1); StoRMd(R0,SP,0); CalII(4,6); // R0 = fib(i-1);
 LodRMd(R1,SP,8); AddRR(R0,R1); // R0 += tmp;
LbI(7); // skip:
 LodAMd(RP,SP,12);
 AddAI(SP,16);
 Ret();

変数オフセットやラベルなどがすべて無事に数値化できています。

スタックはこんな感じになっています。

{ [SP+0:引数用の領域8バイト] [SP+8:変数tmp] [SP+12:RP保存領域] } [SP+16:引数i]

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(3) 四則演算、return、関数呼び出し（4日目：6/9）

式の評価をできるようにしました。四則演算と、代入と、関数呼び出しと、returnができます。

void main()
{
    fib(46); asm { return R0; }
}

int fib(int i)
{
    asm { LodRMd(R0,SP,$i); CmpJleRII(R0,1,@skip); }

    i = fib(i - 2) + fib(i - 1); // ← ここがかっこいい！

    asm { LbI(@skip:); }
    return i;
}

インラインアセンブラじゃないところは、すごくC言語っぽいです！かっこいい！！

上記をコンパイルするとこうなります。fib()の部分を見てみましょう。

LbI(4); // fib()
 SubAI(SP,24);
 StoAMd(RP,SP,20);
 LodRMd(R0,SP,24); CmpJleRII(R0,1,7); // （ここはasmの中身）
 LodRMd(R0,SP,24); // ムダ
 SubRI(R0,2);
 StoRMd(R0,SP,8); // ムダ
 LodRMd(R0,SP,8); // ムダ
 FreI(8);
 StoRMd(R0,SP,0);
 CalII(4,5);
 StoRMd(R0,SP,8);
 LodRMd(R0,SP,24);
 SubRI(R0,1);
 StoRMd(R0,SP,12); // ムダ
 LodRMd(R0,SP,12); // ムダ
 FreI(12);
 StoRMd(R0,SP,0);
 CalII(4,6);
 StoRMd(R0,SP,12);
 LodRMd(R0,SP,8);
 LodRMd(R1,SP,12);
 AddRR(R0,R1);
 StoRMd(R0,SP,16);
 FreI(8);
 FreI(12);
 LodRMd(R0,SP,16);
 StoRMd(R0,SP,24);
 FreI(16);
LbI(7);  LodRMd(R0,SP,24); // （ここはasmの中身）
 JmpI(8); // ムダ
LbI(8); // fib().ret:
 LodAMd(RP,SP,20);
 AddAI(SP,24);
 Ret();

// { [SP+0:引数用の領域8バイト] [SP+8:内部生成した一時変数tmp0] [SP+12:tmp1] [SP+16:tmp2] [SP+20:RP保存領域] } [SP+24:引数i]

FreI()命令は、何もしないコメント命令ですので、ひとまず無視してください（内部生成した一時変数の解放タイミングを示しています）。
明らかなムダ命令が6命令も入っていますが、それを除けば、なかなか頑張っている感じはします。
ムダ命令は将来的に簡単なオプティマイザ（最適化処理）を入れてうまく消すことします。FreI()命令を入れているのは、将来オプティマイザを作りやすくするための工夫です。

最適化と言えば、定数式のコンパイル時の評価とかもやっています。
```
int func()
{
    int i, j, k;
    i = j = k = 1 + 2 * 3;
    i = (j = 4) + 5;
}
```

これをコンパイルするとこうなります。

LbI(1); // func()
 SubAI(SP,16);
 StoAMd(RP,SP,12);
 MovRI(R0,7); // 1+2*3 をコンパイル時に計算して 7 にしている.
 StoRMd(R0,SP,8); // k
 MovRI(R0,7);
 StoRMd(R0,SP,4); // j
 MovRI(R0,7);
 StoRMd(R0,SP,0); // i
 MovRI(R0,4);
 StoRMd(R0,SP,4); // j
 MovRI(R0,9); // 4+5 をコンパイル時に計算して 9 にしている.
 StoRMd(R0,SP,0); // i
LbI(2); // func().ret:
 LodAMd(RP,SP,12);
 AddAI(SP,16);
 Ret();

これはなかなかかしこいです。1日で作ったにしてはよくできてます。

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(4)

次は普通のラベル定義と比較演算子とif文を作って、インラインアセンブラを使わずに、fib()を書けるようにしたいです。