C编译器剖析_6.3.2 汇编代码生成_为算术运算产生汇编代码

6.3.2
为算术运算产生汇编代码
在这一小节中，我们要讨论的中间指令形如“t1: a+b;”或者“t2:~number”，这些指令用于进行一元或二元算术运算，并把运算结果保存在临时变量t1或者t2中。UCC中间指令的格式如下所示：
<运算符opcode，目的操作数DST，源操作数SRC1，源操作数SRC2>
<ADD，t1，a，b> // t1: a+b;
<BCOM，t2，number，NULL> // t2:
~number;
由于在一条x86汇编指令中，最多只允许出现2个操作数，而中间指令“DST:SRC1+SRC2”有3个操作数，我们需要产生多条x86汇编指令来实现该中间指令。在汇编指令中，整数加法运算对寄存器没什么特别要求，我们可按以下步骤来处理：
(1) 调用AllocateReg函数依次为SRC1、SRC2和DST分配寄存器。DST是用于保存运算结果的临时变量，必然可分配到一个寄存器，不妨记为R0。而如果SRC1和SRC2不是临时变量，则没有分配到寄存器。
(2) 若DST和SRC1对应的寄存器不一样，我们可产生一条movl指令，把SRC1的值传送到寄存器R0中。
(3) 产生加法指令，进行SRC2和R0的加法，并把结果存于寄存器R0中。
按这样的思路，我们可为“t1 : a+b;”产生以下汇编代码：

movl a, %eax
addl b, %eax

而形如“t2: &number”的中间指令只有两个操作数，在上述第(1)步中，我们就不必为
SRC2分配寄存器，其他的步骤类似，我们可为“t2: &number”产生以下汇编代码：
leal a, %ecx
不过，有些x86汇编指令对寄存器有特定的要求，比如整数的乘法运算就要求源操作数SRC1的值被加载到寄存器eax中。而整数的除法运算或者取余运算，要求源操作数SRC1的值被加载到eax中，如果要进行的是有符号数的除法运算，则寄存器edx的所有位都被设置为SRC1的符号位；如果要进行的是无符号数的除法运算，则寄存器edx被置为全0。例如我们可为中间指令“t3: a
/b;”产生以下汇编代码，其中a和b为有符号整数。
movl a, %eax //把SRC1加载到eax
cdq //把符号位扩展到edx寄存器
idivl b //进行除法运算[edx: eax] / SRC2，商存于eax，余数存于edx,
//此时eax中的值就是临时变量t3的值
在x86“左移或右移”的汇编指令中，如果要把左移或右移的位数存放于寄存器中，则必须使用单字节寄存器cl，如下所示：
int a, c; char len = 3;
c = a <<len;
////中间代码//////////////
t4 : (int)(char)len; //把char提升为int
t5 : a << t4;
c = t5;
对应的汇编代码如下所示，我们可以看到，在汇编指令“shll %cl，%edx”中，我们是用单字节寄存器cl来存放操作数len的值。
movsbl len, %eax // t4 : (int)(char)len;
movl %eax, %ecx //t5: a << t4
movl a, %edx
shll %cl, %edx
movl %edx, c // c = t5;
有了这些基础后，我们可以来讨论一下“为算术运算生成汇编代码”的函数EmitAssign，如图6.3.5所示。第47至56行用于处理对寄存器没有特别要求的二元运算，形如“DST:SRC1+SRC2;”。第44至45行用于处理形如“DST: ~SRC1”的一元运算，此时我们不必为SRC2分配寄存器。第33至43行用于为左移或右移指令里的SRC2分配寄存器ecx，并在第39行把SRC2加载寄存器ecx，之后在第41行把SRC2改为单字节寄存器cl，即4字节寄存器ecx的低8位。



图6.3.5 EmitAssign()
图6.3.5第8至32行用于为整数乘法、除法和取余运算产生汇编指令，第11至16行把SRC1的值暂存于寄存器eax中，第17行把edx寄存器的值回写到内存中，我们会在[edx:eax]中存放经符号位扩展后的SRC1。第19至24行用于为SRC2分配必要的寄存器，第26行产生汇编指令来进行乘法或除法运算，之后寄存器eax中存放的是“乘法运算的结果”或者“除法运算的商”，而寄存器edx中存放的是“除法运算的余数”，第27至31行用于记录“存放运算结果的临时变量DST对应的寄存器为edx或者eax”。
由于浮点数运算的汇编指令与整数不同，我们需要在图6.3.5第4行调用EmitX87Assign函数，来对浮点数算术运算进行处理。我们先举一个例子来说明，对于形如“DST: SRC1+SRC2”的二元浮点数运算来说，我们可按以下步骤来生成汇编代码：
(1)若SRC1不在x87栈顶寄存器中，则先对x87栈顶寄存器进行必要的回写，然后把SRC1加载到x87栈顶寄存器中。
(2)对x87栈顶寄存器与SRC2进行加法运算，结果存于x87栈顶寄存器中。
按这个思路，我们可为浮点数中间指令“t6: d+e”产生以下汇编代码：

flds d //把浮点数d从内存加载到x87栈顶寄存器

fadds e //完成加法运算后，x87栈顶寄存器即为t6的值
而对于形如“DST：-SRC1”的一元运算来说，我们在上述第(2)步中，只要对x87栈顶寄存器进行一元运算即可，运算后的结果仍存于x87栈顶寄存器中。例如，我们可为“t7: -d”产生以下汇编代码。
flds d //把浮点数d从内存加载到x87栈顶寄存器
fchs //把符号位取反，x87栈顶寄存器即为t7的值
现在，我们可以来分析一下“用于产生这些浮点运算汇编代码”的函数EmitX87Assign，如图6.3.6所示。如果SRC1还未加载到x87栈顶寄存器中，我们就通过第5行进行必要的回写，然后在第6行把SRC1从内存加载到x87栈顶寄存器中。如果SRC1的值已经在x87栈顶寄存器中，此时SRC1必为临时变量，若SRC1还要在后续的中间指令中被使用，我们需要在第10行把SRC1的值回写到内存中，因为进行浮点运算后，栈顶寄存器保存的是DST的值，而非SRC1的值。如果操作数SRC2就是SRC1，由于遇到形如第13行的模板“faddl
%2”时，我们要把x87栈顶寄存器与位于内存中的SRC2进行加法运算，而此时SRC2就是SRC1，因此我们也要在第10行把SRC1的值回写到内存中。第15行根据汇编指令模板，调用PutASMCode函数产生浮点数运算的汇编指令。



图6.3.6 EmitX87Assign()