手把手带你写一门编程语言
宫文学
北京原点代码 CEO
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起步篇:让一门超简单的语言跑起来 (21讲)
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手把手带你写一门编程语言
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17|生成本地代码第2关:变量存储、函数调用和栈帧维护

你好,我是宫文学。
在上一节课里,我们已经初步生成了汇编代码和可执行文件。不过,很多技术细节我还没有来得及给你介绍,而且我们支持的语言特性也比较简单。
那么,这一节课,我就来给你补上这些技术细节。比如,我们要如何把逻辑寄存器映射到物理寄存器或内存地址、如何管理栈桢,以及如何让程序符合调用约定等等。
好了,我们开始吧。先让我们解决逻辑寄存器的映射问题,这其中涉及一个简单的寄存器分配算法。

给变量分配物理寄存器或内存

在上一节课,我们在生成汇编代码的时候,给参数、本地变量和临时变量使用的都是逻辑寄存器,也就是只保存了变量的下标。那么我们要怎么把这些逻辑寄存器对应到物理的存储方式上来呢?
我们还是先来梳理一下实现思路吧。
其实,我们接下来要实现的寄存器分配算法,是一个比较初级的算法。你如果用 clang 或 gcc 把一个 C 语言的文件编译成汇编代码,并且不带 -O1、-O2 这样的优化选项,生成出来的汇编代码就是采用了类似的寄存器分配算法。现在我们就来看看这种汇编代码在实际存储变量上的特点。
首先,程序的参数都被保存到了内存里。具体是怎么来保存的呢?你可以先看看示例程序param.c
void println(int a);
int foo(int p1, int p2, int p3, int p4, int p5, int p6, int p7, int p8){
int x1 = p1*p2;
int x2 = p3*p4;
return x1 + x2 + p5*p6 + p7*p8;
}
int main(){
int a = 10;
int b = 12;
int c = a*b + foo(a,b,1,2,3,4,5,6) + foo(b,a,7,8,9,10,11,12);
println(c);
return 0;
}
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  • 有学识的兔子
    这些临时变量在调用callee之前需要caller进行spill从寄存器写入内存,在调用完成callee之后需要caller进行reload从内存加载到寄存器。这个过程对于callee来说是不可见的,寄存器的保护交给callee,它也没法完成。
  • chris
    使用callee保护的寄存器则方法在prolog之后需要对它做保留, epilog中做恢复; 使用caller-save寄存器, 则由当前函数自己决定是否需要在调用前后对其做保留恢复, 如果寄存器的值不跨调用活跃, 就不需要保留恢复了, 这样性能更好
  • qinsi
    个人理解:Caller保护的寄存器在函数返回之后会由Caller恢复,所以在函数执行时可以随便改;Callee保护的寄存器需要确保进入函数时和函数返回时寄存器中的值是不变的,所以要么函数执行时不要去动它们,要动的话Callee就要负责保存和恢复。相比之下用Caller保护的寄存器成本更低,优先使用,不够用的时候再用Callee保护的寄存器。
  • 奋斗的蜗牛
    优先使用caller保护的寄存器,可能可以在函数内联优化时,去掉callee的寄存器保护代码
  • 罗 乾 林
    使用Callee保护的寄存器作为临时变量必定涉及寄存器的保存和恢复,存在内存访问开销 优先使用Caller保护的寄存器,如果Caller中未使用该寄存器将不用保存和恢复
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