编译实验(三)目标代码生成
通过词法分析，语法分析，语义分析，最后产生了四元式。而代码生成则是通过四元式来完成。我们先从简单开始做起。
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例如四元式(j,0,0,7)这样的，代码生成只需要一个goto语句；(j=,A,B,7)代码生成为:
CMP A,B
JE .....
目标代码如果是汇编语言的话，则代码生成对汇编要有一定了解。
| 指令码 |
意义 |
条件 |
| JZ, JE |
结果为0或相等则转 |
Z=1，(A) = (B) |
| JNZ, JNE |
结果不为0或不相等则转 |
Z=0，(A)≠(B) |
| JNL, JGE |
大于等于转 |
(S∨O)=0，(A)≥(B) |
| JL, JNGE |
小于转 |
(S∨O)=1，(A)<(B) |
| JG, JNLE |
大于转 |
(S∨O∨Z)=0，(A)>(B) |
| JMP |
无条件转移 |
CMP 为比较，实际上是两个变量相减只影响标志位。
所以当(J<,A,B,7)这样的只需要一个比较语句和一个跳转语句就行。跳转到哪？当然是跳转到对应四元式所对应的代码了，我们需要引进基本块的概念，块也就是一堆顺序执行的语句序列。首先要就四元式进行划分基本块。
(1)程序第一个四元式为基本块入口
(2)跳转四元式的下一个四元式为基本块入口
(3)跳转语句要跳转到的四元式，该四元式为基本块入口
最后，相邻两个基本块入口之间的四元式构成一个基本块(其中包含前者入口，不包含后者入口)。跳转语句的跳转位置也就是基本块的名字。
首先第一步，设置基本块路口，我们四元式需要一个属性来标记是否为某基本块入口(0为否，1为是)，按照上面的三步骤，遍历四元式判断是不是第一个四元式，是不是跳转语句的四元式，是的话相应四元式属性置为1就可以。
第二步就是初始化基本块集合。遍历四元式将四元式加入基本块，直到下一个入口四元式为止，再把基本块加到集合中。
做完这些，所有跳转语句就可以完成了，跳转目的地也就是四元式对应的基本块名称。
接下来完成加减乘除的四元式代码生成。假如有ax，bx，dx寄存器可用
像(+,A,B,T1) (:=,T1,0,A)对应汇编代码应该是:
MOV AX，A
ADD AX,B
MOV C,AX
假如B的值存在了bx寄存器中：
MOV AX，A
ADD AX,BX
MOV C,AX
首先定义寄存器的数据结构，起码要有name(寄存器名称)，Rvalue(寄存器存放的值)，例如上面的代码，AX寄存器最后存放了T1和C的值。struct registers
{
string name;
vector Rvalue;
registers(string n){ name = n; }
registers(){};
void clearPush(string n)
{
Rvalue.clear();
Rvalue.push_back(n);
}
bool isinReg(string n)
{
bool flag = false;
for (int i = 0; i < Rvalue.size(); i++)
{
if (Rvalue[i] == n)
flag = true;
}
return flag;
}
};
vector regs = { registers("AX"), registers("BX"), registers("DX") };
registers M("M");
registers findreg(string arg,int &index)
{
//如果找到原本有的
for (int i = 0; i < regs.size(); i++)
{
if (regs[i].isinReg(arg))
{
index = i;
return regs[i];
}
}
//没有则返回空寄存器
for (int i = 0; i < regs.size(); i++)
{
if (regs[i].Rvalue.size()==0)
{
index = i;
return regs[i];
}
}
return NULL;
}
bool isExistRvalue(string arg)
{
for (int i = 0; i < regs.size(); i++)
{
if (regs[i].isinReg(arg))
return true;
}
return false;
}
在进行加减乘除的代码生成的时候，首先遍历所有寄存器的Rvalue查询是否存在Rvalue中，是的话返回对应寄存器。
例如进行计算A+B时，对应四元式 (+,A,B,T)，如果A和B分别在ax，bx寄存器中，对应代码：
ADD ax，bx
如果A在寄存器ax中b不在寄存器，则：
ADD ax，B
如果A在不在寄存器b在寄存器bx，则：
ADD bx，A
A和B都不在寄存器中时，返回空寄存器(假如是AX)：
mov ax，A
add ax ,B
目标代码生成参考代码：
#include
#include
#include "register.h"
//定义基本块的数据结构，定义代码表的基本结构，找到四元式的入口，划分基本块，遍历基本块进行代码生成（首先完成根据四元式地址找到基本块，完成操作符代码表），精化代码表用到寄存器分配
static int nameNum;
struct basicBlock
{
string name;
vector gens;
vector codes;
basicBlock()
{
string str;
int2str(nameNum,str);
name = "L" + str;
nameNum++;
}
void add(GenStruct g)
{
gens.push_back(g);
}
};
class codeTable
{
private:
vector block; //基本块
void initblock(); //初始化基本块
int findblocknameByGen(int index); //根据四元式地址找到基本块
string findblocknameByGen(string index){
int i = stoi(index);
i=findblocknameByGen(i);
if (i >= block.size()) return "End";
return block[i].name;
}
vector createcode(GenStruct);
void initblockcodes();
bool stringisinGen(string,int); //判断string 是否在index后四元式中存在
public:
vector getBasicBlock(){ return block; }
codeTable(){ initblock(); initblockcodes(); }
void clearNotUse(GenStruct);
void printcodes();
};
void codeTable::initblock()
{
for (int i = 0; i < genStructs.size()-1; i++)
{
if (i == 0) { //程序第一条为入口
changeOut_port(0);
}
if (genStructs[i].code <= 58 && genStructs[i].code >= 52) //跳转语句
{
changeOut_port(genStructs[i].result);//跳转到的语句为入口语句
changeOut_port(i+1); //跳转语句的下一行,为入口语句
}
}
for (int i = 0; i < genStructs.size() ; ) //把入口语句加入到基本块
{
basicBlock bl;
bl.add(genStructs[i]);
i++;
for (; i < genStructs.size(); i++)
{
if (genStructs[i].out_port == 1)
{
block.push_back(bl);
break;
}
else
bl.add(genStructs[i]);
}
if (i==genStructs.size())
block.push_back(bl);
}
}
int codeTable::findblocknameByGen(int index)
{
for (int i = 0; i < block.size(); i++) //i为block索引
{
for (int j = 0; j < block[i].gens.size(); j++)
{
if (block[i].gens[j].label == index)
{
return i;
}
}
}
return -1;
}
void codeTable::initblockcodes()
{
for (int blockindex = 0; blockindex < block.size(); blockindex++)
{
for (int i = 0; i < block[blockindex].gens.size(); i++)
{
block[blockindex].codes = merge(block[blockindex].codes, createcode(block[blockindex].gens[i]));
}
}
}
void codeTable::printcodes()
{
for (int blockindex = 0; blockindex < block.size(); blockindex++)
{
cout << block[blockindex].name << ":\n";
for (int i = 0; i < block[blockindex].codes.size(); i++)
{
cout << " "< codeTable::createcode(GenStruct gen)
{
vector codes;
int code = gen.code;
clearNotUse(gen);
registers reg; int regindex,temp;
switch (code)
{
case 41://op = "*";
if (isExistRvalue(gen.addr1) && isExistRvalue(gen.addr2))
{
codes.push_back("MUL " + findreg(gen.addr1, regindex).name + "," + findreg(gen.addr2, temp).name);
regs[regindex].clearPush(gen.result);
}
else if (isExistRvalue(gen.addr1) && !isExistRvalue(gen.addr2))
{
codes.push_back("MUL " + findreg(gen.addr1, regindex).name + "," + gen.addr2);
regs[regindex].clearPush(gen.result);
}
else if (!isExistRvalue(gen.addr1) && isExistRvalue(gen.addr2))
{
codes.push_back("MUL " + findreg(gen.addr2, regindex).name + "," + gen.addr1);
regs[regindex].clearPush(gen.result);
}
else{
reg = findreg(gen.addr1, regindex);
codes.push_back("MOV " + reg.name + "," + gen.addr1);
codes.push_back("MUL " + reg.name + "," + gen.addr2);
regs[regindex].clearPush(gen.result);
}
break;
case 43://op = "+";
if (isExistRvalue(gen.addr1) && isExistRvalue(gen.addr2))
{
codes.push_back("ADD " + findreg(gen.addr1, regindex).name + "," + findreg(gen.addr2, temp).name);
regs[regindex].clearPush(gen.result);
}
else if (isExistRvalue(gen.addr1) && !isExistRvalue(gen.addr2))
{
codes.push_back("ADD " + findreg(gen.addr1, regindex).name + "," + gen.addr2);
regs[regindex].clearPush(gen.result);
}
else if (!isExistRvalue(gen.addr1) && isExistRvalue(gen.addr2))
{
codes.push_back("ADD " + findreg(gen.addr2, regindex).name + "," + gen.addr1);
regs[regindex].clearPush(gen.result);
}
else{
reg = findreg(gen.addr1, regindex);
codes.push_back("MOV " + reg.name + "," + gen.addr1);
codes.push_back("Add " + reg.name + "," + gen.addr2);
regs[regindex].clearPush(gen.result);
}
break;
case 45://op = "-";
codes.push_back("MOV " + findreg(gen.addr1, regindex).name + ",-" + gen.addr2);
regs[regindex].clearPush(gen.result);
break;
case 48://op = "/"; 没有这个文法
codes.push_back("DIV " + gen.addr1 + "," + gen.addr2);
break;
case 51://op = ":=";
reg = findreg(gen.addr1, regindex);
codes.push_back("MOV " + gen.result + "," + reg.name);
regs[regindex].Rvalue.push_back(gen.result);
break;
case 52://op = "j";
codes.push_back("GOTO " + findblocknameByGen(gen.result));
break;
case 53://op = "j<";
codes.push_back("CMP " + gen.addr1 + "," + gen.addr2);
codes.push_back("JL " + findblocknameByGen(gen.result));
break;
case 54://op = "j<=";
codes.push_back("CMP " + gen.addr1 + "," + gen.addr2);
codes.push_back("JLE " + findblocknameByGen(gen.result));
break;
case 55://op = "j<>";
codes.push_back("CMP " + gen.addr1 + "," + gen.addr2);
codes.push_back("JNE " + findblocknameByGen(gen.result));
break;
case 56://op = "j=";
codes.push_back("CMP " + gen.addr1 + "," + gen.addr2);
codes.push_back("JE " + findblocknameByGen(gen.result));
break;
case 57://op = "j>";
codes.push_back("CMP " + gen.addr1 + "," + gen.addr2);
codes.push_back("JG " + findblocknameByGen(gen.result));
break;
case 58://op = "j>=";
codes.push_back("CMP " + gen.addr1 + "," + gen.addr2);
codes.push_back("JGE " + findblocknameByGen(gen.result));
break;
default:
break;
}
return codes;
}
bool codeTable::stringisinGen(string str,int index)
{
for (int i = genStructs.size() - 1; i >= index; i--) //因为先删除后操作，所以要把iindex是加进去
{
if (genStructs[i].addr1 == str || genStructs[i].addr2 == str)
return true;
}
return false;
}
//遍历所有基本块，把非待用的寄存器里值给删了,把基本块里的Rvalue
void codeTable::clearNotUse(GenStruct gen)//运行到四元式的值
{
int index = gen.label;
//遍历所有寄存器的Rvalue 看看后没有在index之后的四元式出现
for (int i = 0; i < regs.size(); i++)
{
for (int j = 0; j < regs[i].Rvalue.size(); j++)
{
if (!stringisinGen(regs[i].Rvalue[j], index))
{
//删除
regs[i].Rvalue.erase(regs[i].Rvalue.begin() + j);
}
}
}
} 到此为止，差不多就结束了。不过有个缺陷，就是计算一旦多起来寄存器可能就不够用了，所以在每次生成代码前还要把寄存器里非待用的给删了。何为非待用？例如：
1： T1 ：=A+B
2： C :=T1+A
当执行完第一句时此时T1 和A是待用的因为之后的运算用到了他们，B是非待用的因为之后的运算没用到B。
实现非待用判断不难，首先从尾至当前，遍历四元式看看第二元素，第三元素是否与之相等。
实现非待用的删除，遍历每个寄存的RValue中的值，判断该值是否非待用，是则删除。