第7章 目標(biāo)代碼生成

第7章目標(biāo)代碼生成7.1

匯編語言虛擬計(jì)算機(jī)模型7.2

從四元式到匯編語言的翻譯7.3

一個(gè)簡(jiǎn)單目標(biāo)代碼生成器7.4

靜態(tài)地址分配1㈠任務(wù)將中間代碼變換成目標(biāo)代碼，實(shí)現(xiàn)源程序的最后翻譯。由于涉及到目標(biāo)機(jī)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，此階段的工作最復(fù)雜。㈡目標(biāo)代碼的形式①已定位的機(jī)器語言代碼編譯后可立即執(zhí)行。②待裝配的機(jī)器語言代碼模塊目前大多數(shù)編譯系統(tǒng)所產(chǎn)生的目標(biāo)代碼均為可重定位的機(jī)器指令。在執(zhí)行前，將它和系統(tǒng)函數(shù)（源程序中使用）的機(jī)器指令連接成一個(gè)程序，對(duì)未確定的地址進(jìn)行定位（用戶程序?yàn)?地址空間），形成可執(zhí)行的機(jī)器語言程序。在執(zhí)行時(shí)，操作系統(tǒng)可將目標(biāo)代碼裝入內(nèi)存的任意位置。③匯編語言代碼需經(jīng)匯編程序翻譯，將其轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的機(jī)器語言代碼。由于硬件廠商提供機(jī)器的匯編程序，所以編譯程序的目標(biāo)代碼通常為匯編語言形式。㈢目標(biāo)代碼生成要求①目標(biāo)代碼數(shù)與中間代碼數(shù)的比值盡可能?。茨繕?biāo)代碼數(shù)盡可能少）。②充分利用寄存器，減少訪問內(nèi)存的次數(shù)。③刪除不必要的臨時(shí)變量。27.1匯編語言虛擬計(jì)算機(jī)模型㈠內(nèi)存①共有64k個(gè)字，1個(gè)字有16個(gè)二進(jìn)制位（2Byte），內(nèi)存地址標(biāo)識(shí)為0-65535。②劃分為256頁，頁號(hào)0-255，每頁的長(zhǎng)度為256個(gè)字，頁內(nèi)位移為0-255。③地址計(jì)算：頁號(hào)*256+頁內(nèi)位移。④255頁用作系統(tǒng)堆棧區(qū)。㈡寄存器①通用寄存器（2字節(jié)）共有4個(gè)，分別標(biāo)記為R0、R1、R2、R3，用于存放操作數(shù)和計(jì)算結(jié)果，R3還可用于變址尋址。②標(biāo)志寄存器FlagReg

保存CMP指令比較結(jié)果。③堆棧寄存器TopReg（2字節(jié)）

TopReg用作系統(tǒng)堆棧棧頂指針。3㈢指令系統(tǒng)（簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)）指令格式：（定長(zhǎng)、2字節(jié)）①操作碼Read從鍵盤讀一個(gè)字到第一地址。Write 從第一地址寫一個(gè)字到屏幕。Load 從第二地址將字裝入第一地址。Store 將第一地址中的字存放到第二地址。Call 控制轉(zhuǎn)移到第二地址指定的內(nèi)存單元，斷點(diǎn)保留在系統(tǒng)堆棧中。Ret 由系統(tǒng)堆棧獲得斷點(diǎn)，返回。Add 將第一地址中的字加上第二地址中的字，結(jié)果保留第一地址中。Sub Mul

Div Cmp

將第一地址中的字和第二地址中的字比較，由系統(tǒng)置位FlagReg。FlagReg=-1，表示第一地址中的字小于第二地址中的字。FlagReg=1，表示第一地址中的字大于第二地址中的字。FlagReg=0，表示第一地址中的字等于第二地址中的字。低8位用于第二地址的補(bǔ)充定義4JMP 無條件轉(zhuǎn)移到第二地址指定的內(nèi)存單元。JMPNEG 若FlagReg中的值＜0，轉(zhuǎn)移到第二地址指定的內(nèi)存單元。JMPPOS 若FlagReg中的值＞0，轉(zhuǎn)移到第二地址指定的內(nèi)存單元。JMPZERO 若FlagReg中的值＝0，轉(zhuǎn)移到第二地址指定的內(nèi)存單元。HALT 終止程序執(zhí)行。②第一地址只能是寄存器（R0-R3）③第二地址有四種尋址方式直接地址尋址（M）

LoadRi,MXX Ri←(XX) XX范圍00-FF（第0頁），用16進(jìn)制表示。寄存器尋址（R）

LoadRi,Rj

Ri←(Rj) 寄存器（間址）尋址（@R）

LoadRi,@Rj

Ri←((Rj)) 直接數(shù)尋址（D）

LoadRi,XX Ri←XX XX范圍00-FF，用16進(jìn)制表示。變址尋址（C[R3]）

LoadRi,C[R3] Ri←(C*256+(R3)) C為常數(shù)（范圍00-FF），用16進(jìn)制表示。5④指令分類零地址指令

Ret、HaltA型一地址指令（無第二地址）

Write、Read

例：ReadR0 //從鍵盤輸入一個(gè)數(shù)，將其存放在R0中。B型一地址指令（無第一地址）

Call、Jmp、JmpNeg、JmpZero、JmpPos

例：Jmp2[R3] //無條件轉(zhuǎn)移至地址2*256+(R3)單元二地址指令

Load、Store、Add、Sub、Mul、Div、Cmp

例：AddR3,1 //R3的內(nèi)容加1程序舉例用匯編程序編寫程序，求5的階乘。LoadR0,1 //R0的范圍1..5LoadR1,1 //初值為1,存放5!。AddR0,1MulR1,R0CmpR0,5JmpNegM2WriteR1Halt67.2從四元式到匯編語言的翻譯㈠符號(hào)表、常數(shù)表和臨時(shí)變量表的內(nèi)存位置四元式中含有變量在符號(hào)表和臨時(shí)變量表中的入口，以及常數(shù)在常數(shù)表中的地址，所以先確定符號(hào)表、臨時(shí)變量表和常數(shù)表在內(nèi)存中的位置，然后再討論四元式的翻譯。①無符號(hào)實(shí)常數(shù)表（第254頁，按地址遞減使用） 起始地址：254*256+255=65279，每個(gè)實(shí)常數(shù)占用2個(gè)字(4Byte)。②無符號(hào)整常數(shù)表（第254頁，按地址遞增使用） 起始地址：254*256=65024，每個(gè)整常數(shù)占用1個(gè)字（2Byte）。③符號(hào)表（第252、253頁，按地址遞減使用） 起始地址：253*256+255=65023，每個(gè)標(biāo)識(shí)符占用4個(gè)字(8Byte)。④臨時(shí)變量表（第252、253頁，按地址遞增使用） 起始地址：252*256=64512，每個(gè)臨時(shí)變量占用4個(gè)字(8Byte)。注：四元式中最多允許出現(xiàn)512/4=128個(gè)不同的變量，包括臨時(shí)變量在內(nèi)。7虛擬內(nèi)存示意圖(共64K、分255頁、每頁255字節(jié))8設(shè)源程序?yàn)椋篴=2+(+b+1)，它的四元式代碼為

+ &b 0 &T1 + &T1 &1 &T2 + &2 &T2 &T3 = &T3 0 &a假設(shè)整常數(shù)1在無符號(hào)整常數(shù)表中的地址為65024（254*256+0）整常數(shù)2在無符號(hào)整常數(shù)表中的地址為65025（254*256+1）變量a的符號(hào)表入口為65023（253*256+255）變量b的符號(hào)表入口為65019（253*256+251）臨時(shí)變量T1的臨時(shí)變量表入口為64512（252*256+0）臨時(shí)變量T2的臨時(shí)變量表入口為64516（252*256+4）臨時(shí)變量T3的臨時(shí)變量表入口為64520（252*256+8）實(shí)際四元式代碼序列應(yīng)為

+ 65019 0 64512 + 64512 65024 64516 + 65025 64516 64520 = 64520 0 650239㈡單個(gè)四元式的翻譯四元式的翻譯關(guān)鍵是確定地址，約定如下：指令的第一地址使用R0。指令的第二地址使用R3（兼作變址寄存器）。ARG1、ARG2為變量地址或常數(shù)地址，RESULT一定是變量地址。C1=ARG1/256、D1=ARG1%256。C2=ARG2/256、D2=ARG2%256。C3=RESULT/256、D3=RESULT%256。注：C1、C2、C3表示頁碼，D1、D2、D3表示頁內(nèi)位移。例1：(+,ARG1,ARG2,RESULT)

設(shè)ARG1是變量在符號(hào)表或臨時(shí)變量表入口，ARG2是常數(shù)在常數(shù)表中的地址。解：

LoadR3,D1 //R3←0 LoadR0,C1[R3] //R0←(252*256+0)=(64512) LoadR0,@R0 //R0的內(nèi)容為存放臨時(shí)變量T1值的地址

LoadR3,D2 //R3←0 AddR0,C2[R3] //R0←(254*256+0)=(65024) LoadR3,D3 //R3←4 LoadR3,C3[R3] //R3←(252*256+4)=(64516)

StoreR0,@R3 //R3內(nèi)容為存放臨時(shí)變量T2值的地址 + &T1 &1 &T2上述四元式的地址表示+ 64512 65024 64516C1=64512/256=252 //T1D1=64512%256=0C2=65024/256=254 //常數(shù)1D2=65024%256=0C3=64516/256=252 //T2D3=64516%256=410例2：(=,ARG1,0,RESULT) 其中ARG1是常數(shù)地址。解： LoadR3,D1 //R3←8 LoadR0,C1[R3] //R0←(252*256+8)=(64520) LoadR3,D3 //R3←255 LoadR3,C3[R3] //R3←(253*256+255)=(65023) StoreR0,@R3 //R3的內(nèi)容為存放變量a值的地址㈡單個(gè)四元式的翻譯

四元式的翻譯關(guān)鍵是確定地址，約定如下：指令的第一地址使用R0。指令的第二地址使用R3（兼作變址寄存器）。ARG1、ARG2為變量地址或常數(shù)地址，RESULT一定是變量地址。C1=ARG1/256、D1=ARG1%256。C2=ARG2/256、D2=ARG2%256。C3=RESULT/256、D3=RESULT%256。注：C1、C2、C3表示頁碼，D1、D2、D3表示頁內(nèi)位移。= &T3 0 &a上述四元式的地址表示= 64520 0 65023C1=64520/256=252D1=64520%256=8C3=65023/256=253D3=65023%256=25511㈢對(duì)照表一條四元式代碼通常譯成若干條匯編語句，為了便于轉(zhuǎn)移四元式的翻譯，應(yīng)建立一張對(duì)照表，記錄一個(gè)四元式所對(duì)應(yīng)的匯編語句的個(gè)數(shù)以及匯編語句的編號(hào)。對(duì)照表結(jié)構(gòu)如下：四元式編號(hào)匯編語句條數(shù)匯編語句編號(hào)181269157.3一個(gè)簡(jiǎn)單目標(biāo)代碼生成器

不考慮充分利用寄存器，僅僅使用R0和R3。指令的第一地址使用R0，指令的第二地址使用R3（兼作變址寄存器）。算法描述詳見下一頁。120.procedureGenCode(op,arg1,arg2,result) //一個(gè)簡(jiǎn)單目標(biāo)代碼生成器1. c1←arg1/256:d1←arg1%256;2. c2←arg2/256:d2←arg2%256;3. c3←result/256:d3←result%256;4. comment:R0←(ARG1)5. output"LoadR3,":outputd1:output換行6． output"LoadR0,":outputc1:output"[R3]":output換行7. ifc1=252orc1=253then//ARG1是符號(hào)表或臨時(shí)變量表的入口8. output"LoadR0,@R0":output換行9. endif //ARG1是常數(shù)表入口無需上述指令10. comment:R0←運(yùn)算結(jié)果

處理加法運(yùn)算（ARG2≠0） 處理一元正運(yùn)算（ARG2=0） 處理減法運(yùn)算（ARG2≠0） //詳見下一頁 處理一元負(fù)運(yùn)算（ARG2=0） //詳見下一頁 賦值運(yùn)算（無需任何處理）11. comment:RESULT←(R0)12. output"LoadR3,":outputd3:output換行13. output"LoadR3,":outputc3:output"[R3]":output換行14. output"storeR0,@R3":output換行15.endprocedure13//處理減法運(yùn)算（ARG2≠0）

comment:R0←運(yùn)算結(jié)果

ifop="-"andarg2≠0then output"LoadR3,":outputd2:output換行

ifc2=252orc2=253then //ARG2是符號(hào)表或臨時(shí)變量表的入口

output"LoadR3,":outputc2:output"[R3]":output換行

output"SubR0,@R3":output換行

else //ARG2是常數(shù)表地址

output"SubR0,":outputc2:output"[R3]"<<endl; endifendif//處理一元負(fù)運(yùn)算（ARG2=0）

ifop="-"andarg2=0then //-ARG1=0-ARG1 output"LoadR3,R0":output換行 //將ARG1送R3 output"LoadR0,0":output換行 //將0送R0 output"SubR0,R3":output換行 //R0-R3送R0endif14㈡實(shí)例設(shè)源程序?yàn)椋篴=2+(+b+1)，它的四元式代碼為

+ &b 0 &T1 + &T1 &1 &T2 + &2 &T2 &T3 = &T3 0 &a

假設(shè)整常數(shù)1在無符號(hào)整常數(shù)表中的地址為65024（254*256+0）整常數(shù)2在無符號(hào)整常數(shù)表中的地址為65025（254*256+1）變量a的符號(hào)表入口為65023（253*256+255）變量b的符號(hào)表入口為65019（