深入解析DoctorWkt/acwj项目中指针递增与模运算的实现-优快云博客

深入解析DoctorWkt/acwj项目中指针递增与模运算的实现

acwj A Compiler Writing Journey 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ac/acwj

前言

在编译器开发过程中，指针运算和基本运算符的实现是核心功能之一。本文将深入探讨DoctorWkt/acwj项目中如何修复指针递增/递减运算的问题，以及如何添加缺失的模运算功能。

指针递增/递减的问题分析

在之前的实现中，编译器在处理指针算术运算时存在一个关键缺陷：当使用++或--运算符时，没有考虑指针所指向类型的大小。

问题重现

考虑以下情况：

int *ptr;
ptr++;  // 应该增加sizeof(int)字节，而不是1字节

在原有实现中，编译器会生成简单的incq指令，这会导致指针只增加1字节，而不是预期的4或8字节（取决于系统架构）。

解决方案设计

为了解决这个问题，我们需要：

识别指针类型变量
确定指针指向类型的大小
根据操作类型（递增或递减）调整增量值

实现细节

合并加载函数

首先，我们将cgloadglob()和cgloadlocal()合并为统一的cgloadvar()函数，这样可以消除代码重复并统一处理逻辑。

int cgloadvar(struct symtable *sym, int op) {
    int r, postreg, offset=1;
    
    // 获取新寄存器
    r = alloc_register();
    
    // 如果是指针类型，使用指向类型的大小作为增量
    if (ptrtype(sym->type))
        offset= typesize(value_at(sym->type), sym->ctype);
    
    // 处理递减操作
    if (op==A_PREDEC || op==A_POSTDEC)
        offset= -offset;
    
    // 预处理操作（前置++/--）
    if (op==A_PREINC || op==A_PREDEC) {
        // 加载符号地址
        if (sym->class == C_LOCAL || sym->class == C_PARAM)
            fprintf(Outfile, "\tleaq\t%d(%%rbp), %s\n", sym->st_posn, reglist[r]);
        else
            fprintf(Outfile, "\tleaq\t%s(%%rip), %s\n", sym->name, reglist[r]);
        
        // 修改地址处的值
        switch (sym->size) {
            case 1: fprintf(Outfile, "\taddb\t$%d,(%s)\n", offset, reglist[r]); break;
            case 4: fprintf(Outfile, "\taddl\t$%d,(%s)\n", offset, reglist[r]); break;
            case 8: fprintf(Outfile, "\taddq\t$%d,(%s)\n", offset, reglist[r]); break;
        }
    }
    
    // 加载值到寄存器
    // ...（省略加载代码）
    
    // 后处理操作（后置++/--）
    if (op==A_POSTINC || op==A_POSTDEC) {
        postreg = alloc_register();
        // 使用与预处理相同的代码
        free_register(postreg);
    }
    
    return(r);
}

关键改进点

动态计算增量：根据指针指向类型的大小动态计算增量值
统一处理方式：使用add指令替代固定的inc指令，支持任意大小的增量
寄存器管理：合理分配和释放寄存器，避免资源泄漏

模运算的实现

在自举过程中发现缺失了模运算(%和%=)功能，需要完整实现。

实现步骤

添加token定义：

enum {
    // ...其他token
    T_ASMOD,  // %=
    T_MOD,    // %
};

添加AST节点类型：

enum {
    // ...其他AST节点
    A_ASMOD,  // %=
    A_MOD,    // %
};

设置运算符优先级：

static int OpPrec[] = {
    // ...其他运算符
    110, 110, 110  // T_STAR, T_SLASH, T_MOD
};

代码生成：

int cgdivmod(int r1, int r2, int op) {
    fprintf(Outfile, "\tmovq\t%s,%%rax\n", reglist[r1]);
    fprintf(Outfile, "\tcqo\n");
    fprintf(Outfile, "\tidivq\t%s\n", reglist[r2]);
    if (op== A_DIVIDE)
        fprintf(Outfile, "\tmovq\t%%rax,%s\n", reglist[r1]);
    else
        fprintf(Outfile, "\tmovq\t%%rdx,%s\n", reglist[r1]);
    free_register(r2);
    return (r1);
}

技术细节

利用x86-64的idiv指令同时实现除法和模运算
cqo指令将RAX符号扩展到RDX:RAX，为有符号除法做准备
根据操作类型选择将商(RAX)或余数(RDX)存入目标寄存器

链接问题的解决

在自举过程中发现的标签传播问题，通过修改genIF()函数解决：

static int genIF(struct ASTnode *n, int looptoplabel, int loopendlabel) {
    // ...其他代码
    
    // ELSE子句
    if (n->right) {
        genAST(n->right, NOLABEL, NOLABEL, loopendlabel, n->op);
        genfreeregs(NOREG);
        cglabel(Lend);
    }
    
    // ...其他代码
}

关键改进是正确传播loopendlabel参数，确保循环和switch语句的结束标签能够正确生成。