動機
原始的なアセンプラしか無い原始的な CPU のプログラミングをすることになった．
でアセンブリプログラミングの一番の萎えポイントとして，例えば C 言語だと
if(a == b){
c = d;
}else{
e = f;
}
みたいに書けるところが，構造化記述できないアセンブラだと
cmp a, b
jnz label0
mov c, d
jmp label1
label0:
mov e, f
label1:
とラベルやら分岐命令やら，自分で生成しないといけないのでめんどくさいし，if がネストすると可読性も悪い．真面目にやるなら bison/flex とかでまともな構造化アセンブリ言語を設計するところだけど，そこまでやるのはなぁ... と思ったところで，C++ のクラス / 演算子オーバーロードをうまいこと使えば，構造化アセンブリプログラミングもどきが出来るのでは? と思った．
例えば，C++ で "r0 = r1;" と書いてコンパイル・実行すれば，"mov r0, r1" というテキストが得られる，みたいなイメージ．
まずは代入演算
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// Register
class RegisterObject {
public:
RegisterObject(const char* szName) : m_szName(szName){}
const char *Name(void) const {return m_szName;}
private:
const char* m_szName;
};
class GpReg : public RegisterObject {
public:
GpReg(const char* szName) : RegisterObject(szName){}
GpReg& operator=(const GpReg& src){
printf("\tmov\t%s, %s\n", Name(), src.Name());
return *this;
}
};
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// Register インスタンス
GpReg r0("r0");
GpReg r1("r1");
GpReg r2("r2");
GpReg r3("r3");
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// アセンブリプログラム
int main(int argc, char **argv){
r0 = r1 = r2;
return 0;
}
GpReg class は汎用レジスタをイメージしていて，特殊なレジスタがあれば RegisterObject か GpReg を継承する感じ．C++ ソースコード上の変数名 (r0 とか) は実行時には失われてしまうので，m_szName に変数名をセットしておく．
代入演算のキモは言うまでもなく "operator=" で，= が呼ばれたら mov 命令のテキストを出力する．
で実行結果:
mov r1, r2
mov r0, r1
おお，いい感じ．アセンブラだと r0 = r2 が直接代入できないので一旦 r1 を経由する，みたいなケースが多々あるが，それが 1行で書けるのはありがたい．
比較演算
次に，if-else-endif の構造化をやる前に比較演算子を定義する．
対象 CPU は，== なら cmpeq みたいに比較演算子毎に比較命令があり，その結果をフラグレジスタ f0 にセットする．条件分岐命令は f0 の値をみて分岐するかどうか決める．
class FlagReg : public RegisterObject {
public:
FlagReg(const char* szName) : RegisterObject(szName){}
};
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Register インスタンス
FlagReg f0("f0");
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// global な operator
FlagReg& operator==(const GpReg& a, const GpReg& b){
printf("\tcmpeq\t%s, %s, f0\n", a.Name(), b.Name());
return f0;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// アセンブリプログラム
int main(int argc, char **argv){
r0 == r1;
return 0;
}
RegisterObject を継承して FlagReg を定義する．
operater== で，== が呼ばれたら cmpeq 命令を出力して，== の返り値として f0 を返す．
で実行結果:
cmpeq r0, r1, f0
これはなんの問題もない．
if-else-endif
そしてこの取り組みの一番の目的である，if-else-endif の構造化をやってみる．
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// 構造化構文
int g_LabelCnt = 0;
std::vector<int> g_Label;
void _if(FlagReg& f){
printf("\tjnset\t%s, _L%d\n", f.Name(), g_LabelCnt);
g_Label.push_back(g_LabelCnt);
++g_LabelCnt;
}
void _else(void){
printf("\tjmp\t_L%d\n", g_LabelCnt);
printf("_L%d:\n", g_Label[g_Label.size() - 1]);
g_Label.pop_back();
g_Label.push_back(g_LabelCnt);
++g_LabelCnt;
}
void _endif(void){
printf("_L%d:\n", g_Label[g_Label.size() - 1]);
g_Label.pop_back();
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// アセンブリプログラム
int main(int argc, char **argv){
_if(r0 == r1);
r0 = r2;
_else();
r1 = r3;
_endif();
return 0;
}
_if ではフラグレジスタを受取り，必要な分岐命令を生成する．また if-else-endif はネストするので，分岐先ラベルの情報はスタックに push / pop する必要がある．
で実行結果:
cmpeq r0, r1, f0
jnset f0, _L0
mov r0, r2
jmp _L1
_L0:
mov r1, r3
_L1:
おおぉ，これこれ! これがやりたかったんだよ．この時点でこのやり方はかなりうまくいく感触を得ていたが，念の為 if がネストするケースをテストしてみたら，
コード:
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// アセンブリプログラム
int main(int argc, char **argv){
_if(r0 == r1);
_if(r1 == r2);
r2 = r0;
_else();
r3 = r1;
_endif();
_else();
r1 = r3;
_endif();
return 0;
}
実行結果:
cmpeq r0, r1, f0
jnset f0, _L0
cmpeq r1, r2, f0
jnset f0, _L1
mov r2, r0
jmp _L2 ←※ここ
_L1:
mov r3, r1
_L2:
jmp _L3
_L0:
mov r1, r3
_L3:
んー，間違いではないんだけど，jmp _L2 の飛び先は jmp _L3 しか無いので，最適化の観点では「ここ」で jmp _L3 にすべき．
この最適化をやるためには，直接アセンブリテキストを出力するのではなく，一旦中間言語とかでメモリ上に溜めておき，最後に最適化フェーズを流す，等しないといけないということがわかった．
それを解決して，あとはメモリアクセスとかラベルへのサブルーチンコールとかを実装すれば，普通に使えそう．
