Java语言实现的Hack语言汇编编译器——加法器部分
最近在读《计算机系统要素》，看一些基础的东西。发现这本书如果大学学汇编前读那该多好，虽然有些部分难，但是浏览个大概还是可以的。读完就知道汇编这东西有什么用了。还有学模电也是如此，刚开始不知道那些与或门是哪里来的，也不知道有何用。
这本书前五章都在讲硬件平台的东西，从最基本的NAND门开始给你去构造其他的门。到布尔逻辑，自己构建加法器，输入选择器还有多位的选择器。接下来是时序逻辑的东西，关于时钟周期的。接下来是汇编语言，和8086的那个汇编有区别，但是很相似。基本就是把我大二大一学的东西连了一次。看到这本书的时候已经在毕业后了，所以，还没毕业的，如果你刚好看到我这篇东西，建议去读一下，即使不做每章的习题。我觉得过了一次之后还是大有益处。
书有个不好的地方在于一些习题的答案你虽然知道思路，却不知道表示方法。像数组那些。
这位同学写得很好，http://book.douban.com/review/7115224/
书的习题部分有一部分是一位芝加哥的比较年轻的老外写的，还有一些是这位网友写的。
而在第六章要自己写个汇编的编译器的时候，我就非常感兴趣了。毕竟编译原理没学过。而网友的Github代码是用Python实现。
然后我自己想了想，自己用Java实现一次吧。首先根据习题提供的加法的汇编文件，Add.asm进行基础的编译。
Hack是基于冯诺依曼架构的16位计算机。Hack语言包括两种指令：A-指令和C-指令。
具体表示什么就看书上的第四章吧。
基本的思路是。过滤掉//注释的代码。根据是A指令的标识@进行二进制转换。
根据C指令的形式也进行转换。
指令与二进制数有着特殊的额对应关系。
所以将其写进properties文件中。
Java部分代码：
import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Enumeration;
import java.util.List;
import java.util.Properties;
/**
* @author Caikc
* @description
* @date 2016-1-7 下午3:52:32
* @company www.ewan.cn
*/
public class Assembly {
/**
* get keyvalue from compile file
* @param key
* @return
* @throws IOException
*/
public static String getcompile(String key) throws IOException {
InputStream ips = Assembly.class
.getResourceAsStream("compile.properties");
Properties p = new Properties();
p.load(ips);
/*
* Enumeration e = p.propertyNames(); while(e.hasMoreElements()){
* if(key.equals((String)e.nextElement())){
* System.out.println(p.get(key)); } }
*/
return (String) p.get(key);
}
public static String getdest(String key) throws IOException {
InputStream ips = Assembly.class
.getResourceAsStream("dest.properties");
Properties p = new Properties();
p.load(ips);
return (String) p.get(key);
}
public static String getjump(String key) throws IOException {
InputStream ips = Assembly.class
.getResourceAsStream("jump.properties");
Properties p = new Properties();
p.load(ips);
return (String) p.get(key);
}
/**
* read lines of file
* and replace the annotation
* @param filename
* @throws IOException
*/
public void getfile(String filename) throws IOException {
BufferedReader bfr = new BufferedReader(new InputStreamReader(
new FileInputStream(new File(filename))));
String s = "";
List<String> list = new ArrayList<String>();
while ((s = bfr.readLine()) != null) {
s = s.trim();
int index = s.indexOf("//");
if(!s.startsWith("//")&&!s.equals("")){
if(index !=-1){
s = s.substring(0,index);
}
list.add(s);
}
}
for (String string : list) {
//System.out.println(string);
if(string.indexOf("@")!=-1){
System.out.println(Assembly.tohexstring(string));
}else{
System.out.println(Assembly.compileCInstruction(string));
}
}
}
/**
* number to 16 bit binary string
* last bit 0 represent positive,1 represent negative.
* @ order compile to binary string
* @param s
* @return
*/
public static String tohexstring(String s) {
String hex = "";
if(s.startsWith("@")){
s=s.replace('@',' ').trim();
String temp = Integer.toBinaryString(Integer.valueOf(s
.replace('-', ' ').trim()));
int n = temp.length();
while (n < 16) {
if (n == temp.length()) {
if (Integer.valueOf(s) >= 0) {
hex += "0";
} else {
hex += "1";
}
} else {
hex += "0";
}
n += 1;
}
hex += temp;
}else{
hex = s;
}
return hex;
}
/**
* compile C
* dest = comp;jump
* dest and jump could be null,if dest is null,left out the =
* if jump is null, left out the ;
* 1 1 1 a c1-c6 d1-d3 j1-j3
* @throws IOException
*/
public static String compileCInstruction(String line) throws IOException{
String assembcode = "111";
int indexdest = line.indexOf("=");
int indexjump = line.indexOf(";");
if(indexdest!=-1&&indexjump!=-1){
String dest = line.substring(0,indexdest);
String cmp= line.substring(indexdest,indexjump);
String jmp = line.substring(indexjump+1,line.length());
//System.out.println(dest+" "+cmp+" "+jmp);
String cmpcode = Assembly.getcompile(cmp.trim());
String destcode = Assembly.getdest(dest.trim());
String jumpcode = Assembly.getjump(jmp.trim());
assembcode = assembcode + cmpcode+destcode+jumpcode;
}else if(indexdest!=-1&&indexjump==-1){
String dest = line.substring(0,indexdest);
String cmp = line.substring(indexdest+1,line.length());
//System.out.println(dest+" "+cmp);
String cmpcode = Assembly.getcompile(cmp.trim());
String destcode = Assembly.getdest(dest.trim());
//System.out.println("com:"+cmpcode);
//System.out.println("dest:"+destcode);
String jumpcode = "000";
assembcode = assembcode + cmpcode+destcode+jumpcode;
}else if(indexdest==-1&&indexjump!=-1){
String jmp = line.substring(indexjump+1,line.length());
//System.out.println(jmp);
String cmpcode = "000000";
String destcode = "000";
String jumpcode = Assembly.getjump(jmp.trim());
assembcode = assembcode + cmpcode+destcode+jumpcode;
}
return assembcode;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
/*
* Assembly a = new Assembly(); try { a.get(); } catch (IOException e) {
* e.printStackTrace(); }
*/
//System.out.println(new Assembly().getcompile("0"));
//System.out.println(new Assembly().tohexstring("9"));
new Assembly()
.getfile("C:/Users/Administrator/Desktop/nand2tetris (1)/nand2tetris/projects/06/add/Add.asm");
}
}
compile.properties
0=0101010 1=0111111 -1=0111010 D=0001100 A=0110000 !D=0001101 !A=0110001 -D=0001111 -A=0110011 D+1=0011111 A+1=0110111 D-1=0001110 A-1=0110010 D+A=0000010 D-A=0010011 A-D=0000111 D&A=0000000 D|A=0010101 M=1110000, !M=1110001 -M=1110011 M+1=1110111 M-1=1110010 D+M=1000010 D-M=1010011 M-D=1000111 D&M=1000000 D|M=1010101
dest.properties
null=000 M=001 D=010 MD=011 A=100 AM=101 AD=110 AMD=111
jump.properties
null=000 M=001 D=010 MD=011 A=100 AM=101 AD=110 AMD=111
最后的输出将Add.asm
// This file is part of www.nand2tetris.org // and the book "The Elements of Computing Systems" // by Nisan and Schocken, MIT Press. // File name: projects/06/add/Add.asm // Computes R0 = 2 + 3 @2 D=A //dgg @3 D=D+A @0 M=D
转换成二进制代码
0000000000000010 1110110000010000 0000000000000011 1110000010010000 0000000000000000 1110001100001000
由于写习题的时候还是有些题不懂，所以刚好加进了豆瓣的一个群。发现虽然群中的大家岁数都比较大。但是还是保持着对学习的兴趣。大家还一起用FPGA实现操作系统。想想要是我大二开始这样干，可能现在是一位嵌入式开发工程师也说不定。