寄存器计算机是目前最流行的机器体系结构之一。
- 效率很高
- 机器体系结构规整
机器基于寄存器架构：
- 典型的有16、32或更多个寄存器，所有操作都在寄存器中进行
- 访存都通过load/store进行，内存不能直接运算
寄存器计算机Reg的结构
- 内存，存放溢出的变量（溢出是指寄存器放不下的变量）
- 寄存器，进行运算的空间，假设有无限多个
- 执行引擎，指令的执行
寄存器计算机的指令集（ISA）
指令的语法
s -> movn n, r 将一个立即数赋值给一个寄存器（数据移动）
-> mov r1, r2 将一个寄存器的值赋值给另一个寄存器（数据移动）
-> load [x], r 把内存中x的值读入到寄存器r中（访存）
-> store r, [x] 把一个数据从寄存器中写入到内存中（访存）
-> add r1, r2, r3 r3 = r1 + r2（算术运算）
-> sub r1, r2, r3 r3 = r1 - r2（算术运算）
-> times r1, r2, r3 r3 = r1 * r2（算术运算）
-> div r1, r2, r3 r3 = r1 / r2（算术运算）
注：[x]表示这样一个x是在内存当中的
变量的寄存器分配伪指令
Reg机器只支持一种数据类型int，并且给变量x分配寄存器的伪指令是
.int x在代码生成阶段，假设Reg机器上有无限多个寄存器。
- 因此每个声明变量和临时变量都会占用一个（虚拟）寄存器
- 把虚拟寄存器分配到物理寄存器的过程称为寄存器分配。
递归下降代码生成算法
从C--到Reg
注意：在栈式计算机中，每一个函数都是void类型，而此处寄存器计算机Gen_E(E)的返回值类型为R_t（寄存器类型）。
表达式的代码生成
不变式：表达式的值在函数返回的寄存器中
R_t Gen_E(E e)
{
switch (e)
{
case n:
r = fresh(); // 返回唯一的寄存器编号
emit("movn n, r");
return r;
case id:
r = fresh();
emit("mov id, r");
return r;
case true:
r = fresh();
emit("movn 1, r");
return r;
case false:
r = fresh();
emit("movn 0, r");
return r;
case e1 + e2:
r1 = Gen_E(e1);
r2 = Gen_E(e2);
r3 = fresh();
emit("add r1, r2, r3");
return r3;
case e1 && e2:
r1 = Gen_E(e1);
r2 = Gen_E(e2);
r3 = fresh();
emit("and r1, r2, r3");
return r3; // 非短路
default:
break;
}
}语句的代码生成
Gen_S(S s)
{
switch (s)
{
case id = e:
r = Gen_E(e);
emit("mov r, id"); // 假设此处id也在寄存器中
break;
case printi(e):
r = Gen_E(e);
emit("printi r");
break;
case printb(e):
r = Gen_E(e);
emit("printb r");
break;
default:
break;
}
}类型的代码生成
不变式：只生成.int 类型
Gen_T(T t)
{
switch (t)
{
case int:
emit(".int");
break;
case bool:
emit(".int");
break;
default:
break;
}
}变量声明的代码生成
不变式：只生成.int 类型
Gen_D(T id; D)
{
Gen_T(T);
emit(" id");
Gen_D(D);
}程序的代码生成
不变式：只生成.int 类型
Gen_P(D S)
{
Gen_D(D);
Gen_S(S);
}
tip：将x = 1 + 2 + 3 + 4 画成抽象语法树，就可以理解对应产生的9条汇编级指令了。
如何运行生成的代码？
1、写一个虚拟机（解释器），这个虚拟机上就有无限个寄存器，我们可以用单链表存放寄存器，这个单链表可以无限长。
2、在真实的物理机器上运行：需进行寄存器分配
我们有无限多个虚拟寄存器（r1, ..., rn），但一台物理机上只有k1-km个寄存器，那么我们就需要把这些寄存器虚拟的映射到实际的物理机器上，如果还不够用的话，那么就需要有一些虚拟寄存器放到内存里（前面提到的“溢出”）
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-403975.html
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