a25_kharcs5 のバックアップ(No.9)

kharcs #5

(by K, 2025.06.26)

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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]→a25_kharcs3
- [8]～[14]→a25_kharcs4
- [15]3dwavei（18日目）
- [16]kcubei（19日目）

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(15) 3dwavei（18日目：6/26）

配列が使えれば3dwaveiができるはずなので、足りない機能（sqrtとかsinとかを固定小数点で求める関数）を補って作りました。

ちゃんとうねうねと動きました！

https://essen.osask.jp/files/pic20250626a.png

#include "kharc.h"

int main()
{
    int w, t, x, y, d, z, x0, y0, x1, y1, y0x0, y0x1, y1x0, y1x1, gx[1764], gy[1764];
    w = openWin(640, 480);
    for (t = 0; isClose(w) == 0; t++) {
        wait(8); fillRect(w, 640, 480, 0, 0, 0x000000);
        for (y = -20; y <= 21; y++) {
            for (x = -20; x <= 21; x++) {
                d = ff16Sqrt((x * x + y * y) * 65536);
                z = ff16Sin(((d * 652) >> 12) - 1043 * t) * 50 / (d + 327680);
                x0 = x + 19; y0 = y + 19; x1 = x + 20; y1 = y + 20;
                y1x1 = y1 * 42 + x1; y0x0 = y0 * 42 + x0; y0x1 = y0 * 42 + x1; y1x0 = y1 * 42 + x0;
                gx[y1x1] = (x * 2 - y * 2 + z * 0) * 4 + 320;
                gy[y1x1] = (x * 2 + y * 2 + z * 1) * 2 + 240;
                if (x0 >= 0) { if (y0 >= 0) {
                    drawLine(w, gx[y0x0], gy[y0x0], gx[y0x1], gy[y0x1], 0x00ffff);
                    drawLine(w, gx[y0x0], gy[y0x0], gx[y1x0], gy[y1x0], 0x00ffff);
                }}
            }
        }
    }
    return 0;
}

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(16) kcubei（19日目：6/27）

配列処理を多用するプログラムとして、キューブ回転プログラムがあるのですが、それもううまく動くようになりました。C言語で90行程度です。
- ちなみにこのキューブの面の色の計算方法は、各面の外向きの法線ベクトル（面に垂直なベクトル）を計算して（ついでに単位ベクトルにもしておく）、Z軸の単位ベクトルと内積をとって、+1から-1の値を出して、これが0から+1のときに0xffff00との積をとって色としています。負の時は面が向こうを向いている時で、これはどうせ他の面に隠れてしまいますので、描画しなくてもいいのです。
- Z軸は光線の方向として想定したものです。・・・この、面の法線ベクトルと光線のベクトルの内積で面の明るさを決めるやり方は、たぶん一般的なものです。
- 面の法線ベクトルは、隣り合った2つの辺の外積を計算すれば簡単に求められます。

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(17) 高速化（20日目：6/30）

さてここで少し冷静になって考えてみました。
私はこのkccを常用するようになるでしょうか。・・・もし作っても使う気がないなら、開発を続ける必然性はありません。それなら別の常用しそうなものを作るべきです（時間がもったいない）。

まずkccはgccよりも便利になるでしょうか。・・・はい、私にとってはgccよりも便利になると思います。どんどん機能を追加していくはずだからです。アイデアはいっぱいあります。
しかし便利になっても、その機能を使うかどうかはまた別です。kccの独自拡張を使って書かれたプログラムは、当然ですがgccではそんなソースコードはコンパイルできません（もちろんMSVCやclangでもできません）。
gccでコンパイルできないとなると、実行速度としてgcc比で1.5倍程度の速度までしか出せないということです（15日目の実験結果より）。
まあでも、それなら速度が欲しい部分（たぶんソースコード中の1割くらい）だけ標準的なC言語で書いて、残りは便利で書きやすいkccで書けばいいでしょう。それでリンクして実行ファイルを作ればいいんです。
速度比1.5倍くらいなら、この使い分けでほとんど問題にならないと思います。・・・おおこれはいい。じゃあ心配しないでどんどんやっていこう！

と、ここまで考えたとき、ふと思いつきました。
kccはbuntan-pcのコード生成にも使えるほどの柔軟性があるのに、どうして「gccがうまく最適化できそうなコード」を出力できないと決めつけているんだろう？
・・・現状ではメモリイメージを真似することにこだわって、すべての変数を char mem[...] 上において、配列としてアクセスするから、gccはうまく最適化できないだけじゃないか？
普通の変数として宣言してアクセスするようにすれば、gccが使用頻度の高いものを勝手にレジスタ変数化して、問題なく普通に高速に実行できるようになるかもしれない。

これは試す価値がありそうなので、やってみることにします。

[1]コンパイル前のコード

int fib(int i)
{
    if (i > 1) {
        i = fib(i - 2) + fib(i - 1);
    }
    return i;
}

[2]kccでコンパイルした結果

Lb_I(5);
 Sub_AI(SP,16);     Sto_AMd(RP,SP,12);
 Lod_RMd(R0,SP,16); CmFrJle_RII(R0,1,8);
 Lod_RMd(R0,SP,16); Add_RI(R0,-2);       Sto_RMd(R0,SP,0);
 Mov_AI(RP,6);      Jmp_I(5); Lb_I(6);   Sto_RMd(R0,SP,8);
 Lod_RMd(R0,SP,16); Add_RI(R0,-1);       Sto_RMd(R0,SP,0);
 Mov_AI(RP,7);      Jmp_I(5); Lb_I(7);
 Lod_RMd(R1,SP,8);  Add_RR(R0,R1);       Sto_RMd(R0,SP,16);
Lb_I(8);
 Lod_RMd(R0,SP,16);
 Lod_AMd(RP,SP,12); Add_AI(SP,16); Jmp_A(RP);

[3]これを従来の方法でC言語化した場合（違いが分かりやすいようにマクロを展開してあります）

vJmp: switch (pc) {
L_5: case 5:
  sp -= 16;  *(int*)&mem[sp+12] = rp;
  r0 = *(int*)&mem[sp+16]; if (r0 <= 1) goto L_8;
  r0 = *(int*)&mem[sp+16]; r0 += -2; *(int*)&mem[sp+0] = r0;
  rp = 6; goto L_5; case 6: *(int*)&mem[sp+8] = r0;
  r0 = *(int*)&mem[sp+16]; r0 += -1; *(int*)&mem[sp+0] = r0;
  rp = 7; goto L_5; case 7:
  r1 = *(int*)&mem[sp+8];  r0 += r1; *(int*)&mem[sp+16] = r0;
L_8: case 8:
  r0 = *(int*)&mem[sp+16];
  rp = *(int*)&mem[sp+12]; sp += 16; pc = rp; goto vJmp;
}

[4]今回の方法でC言語化した場合

int L_5(int sp16)
{
  int sp8, sp12;
  int r0, r1;
  r0 = sp16; if (r0 <= 1) goto L_8;
  r0 = sp16; r0 += -2; sp8 = r0;
  r0 = L_5(sp8); sp8 = r0;
  r0 = sp16; r0 += -1; sp12 = r0;
  r0 = L_5(sp12);
  r1 = sp8; r0 += r1; sp16 = r0;
L_8:
  r0 = sp16;
  return r0;
}

（以下編集中）