C编译器剖析_6.2 汇编代码生成_寄存器的管理

    在计算机中，CPU的速度比内存的速度快得多，编译器应尽量有效地利用寄存器资源，减少对内存的不必要访问，从而提高由编译器生成的汇编代码的运行速度。在中间代码生成阶段，UCC编译器用临时变量t来存放形如“t: a+b;”的公共子表达式的值；到了汇编代码生成时，UCC编译器会尽可能地把这些公共子表达式的值存放在寄存器，当需要再次重用时，就可以直接由相应的寄存器中得到。不过，CPU中寄存器的资源是很有限的，在32位的x86 芯片上，汇编程序员可用的寄存器有{eax,ebx, ecx,edx, esi,edi,esp,ebp}，不过寄存器esp一般用于指向栈顶，而ebp一般用于指向活动记录的底部。真正可供选择的寄存器就只有{eax,ebx,ecx,edx,esi,edi}这6个，当公共子表达式的个数比可用寄存器更多时，我们就要把某些寄存器的值回写(WriteBack)到“临时变量对应的内存单元”中，以便腾出可用寄存器来存放其他值。当然如果待回写的寄存器中的值已经不再需要，或者从内存载入CPU后并没有发生变化，我们就不必浪费时间去做回写操作了。这有点类似操作系统请求分页中的页面置换算法。为了简化寄存器的分配算法，UCC编译器只为临时变量分配寄存器，这意味着我们希望尽可能地重用形如“t: a+b;”这样的公共子表达式。我们还是用一个简单的例子来说明一下UCC编译器的寄存器分配，如图6.2.1所示，第2至8行为函数f的代码，第9至13行为函数g的代码，在函数f第5行完成对s3的赋值后，我们有意在第6和第7行再次使用公共子表达式(a+b)和(c+d)。第32至46行是函数f对应的汇编代码，而第48至58行是函数g对应的汇编代码。

图6.2.1  寄存器分配的例子

    由图6.2.1第15至23行的中间代码，我们可以发现函数f中有3个临时变量，每个都用于存放整数，共占用12字节的栈空间，第34行的“subl  $12, %esp”用于在栈中开辟12字节内存来存放这3个临时变量。虽然我们通过第36行的“movl  a,%eax”指令，把全局变量a从内存载入寄存器eax中，但在执行第37行的“addl  b,%eax”指令后，寄存器eax中保存的就是临时变量“t0: a+b”的值，之后寄存器eax就一直分配给t0 ，直到t0不再被使用，或者寄存器不够用时。可以发现，在第42行和第4