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编译大于运算符

jiezi

原定的计划中这一篇应当是要讲如何编译 if 表达式的，但是我发现没什么东西可以作为 if 的 test-form 的部分的表达式，所以觉得，要不还是先实现一下比较两个数字这样子的功能吧。说干就干，我决定用大于运算符来作为例子——大于运算符就是指 > 啦。所以，我的目标是要编译下面这样的代码

(> 1 2)

并且比较之后的结果要放在 EAX 寄存器中。鉴于现在这门语言还非常地简陋，没有布尔类型这样子的东西，所以在此仿照 C 语言的处置方式，以数值 0 表示逻辑假，其它的值表示逻辑真。所以上面的表达式在编译成汇编代码并最终运行后，应当可以看到 EAX 寄存器中的值为 0。

为了编译大于运算符，并且将结果放入到 EAX 寄存器中，需要用到新的指令 CMP、JG，以及JMP 了。我的想法是，先将第一个操作数放入到 EAX 寄存器，将第二个操作数放入到 EBX 寄存器。然后，使用 CMP 指令比较这两个寄存器。如果 EAX 中的数值大于 EBX，那么就使用JG 指令跳到一个 MOV 指令上，这道 MOV 会将寄存器 EAX 的值修改为 1；否则，JG不被执行，执行后续的一道 MOV 指令，将数值 0 写入到 EAX 寄存器，然后使用 JMP 跳走，避免又执行到了刚才的第一道 MOV 指令。思路还是挺简单的。

在修改 jjcc2 之前，还需要在 inside-out/aux 中对 > 予以支持，但没什么特别的，就是往 member 的参数中加入 > 这个符号而已。之后，将 jjcc2 改为如下的形式

(defun jjcc2 (expr globals)
  "支持两个数的四则运算的编译器"
  (check-type globals hash-table)
  (cond ((eq (first expr) '+)
         `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
           (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
           (addl %ebx %eax)))
        ((eq (first expr) '-)
         `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
           (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
           (subl %ebx %eax)))
        ((eq (first expr) '*)
         ;; 将两个数字相乘的结果放到第二个操作数所在的寄存器中
         ;; 因为约定了用 EAX 寄存器作为存放最终结果给 continuation 用的寄存器，所以第二个操作数应当为 EAX
         `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
           (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
           (imull %ebx %eax)))
        ((eq (first expr) '/)
         `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
           (cltd)
           (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
           (idivl %ebx)))
        ((eq (first expr) 'progn)
         (let ((result '()))
           (dolist (expr (rest expr))
             (setf result (append result (jjcc2 expr globals))))
           result))
        ((eq (first expr) 'setq)
         ;; 编译赋值语句的方式比较简单，就是将被赋值的符号视为一个全局变量，然后将 eax 寄存器中的内容移动到这里面去
         ;; TODO: 这里 expr 的 second 的结果必须是一个符号才行
         ;; FIXME: 不知道应该赋值什么比较好，先随便写个 0 吧
         (setf (gethash (second expr) globals) 0)
         (values (append (jjcc2 (third expr) globals)
                         ;; 为了方便 stringify 函数的实现，这里直接构造出 RIP-relative 形式的字符串
                         `((movl %eax ,(get-operand expr 0))))
                 globals))
        ((eq (first expr) '_exit)
         ;; 因为知道_exit 只需要一个参数，所以将它的第一个操作数塞到 EDI 寄存器里面就可以了
         ;; TODO: 更好的写法，应该是有一个单独的函数来处理这种参数传递的事情（以符合 calling convention 的方式）`((movl ,(get-operand expr 0) %edi)
           (movl #x2000001 %eax)
           (syscall)))
        ((eq (first expr) '>)
         ;; 为了可以把比较之后的结果放入到 EAX 寄存器中，以我目前不完整的汇编语言知识，可以想到的方法如下
         (let ((label-greater-than (intern (symbol-name (gensym)) :keyword))
               (label-end (intern (symbol-name (gensym)) :keyword)))
           ;; 根据这篇文章（https://en.wikibooks.org/wiki/X86_Assembly/Control_Flow#Comparison_Instructions）中的说法，大于号左边的数字应该放在 CMP 指令的第二个操作数中，右边的放在第一个操作数中
           `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
             (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
             (cmpl %ebx %eax)
             (jg ,label-greater-than)
             (movl $0 %eax)
             (jmp ,label-end)
             ,label-greater-than
             (movl $1 %eax)
             ,label-end)))))

然后便可以在 REPL 中运行下列代码了

(let* ((ht (make-hash-table))
       (asm (jjcc2 (inside-out '(_exit (> 1 2))) ht)))
  (stringify asm ht))

输出的汇编代码为

        .data
G809: .long 0
        .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
        .globl _main
_main:
        MOVL $1, %EAX
        MOVL $2, %EBX
        CMPL %EBX, %EAX
        JG G810
        MOVL $0, %EAX
        JMP G811
G810:
        MOVL $1, %EAX
G811:
        MOVL %EAX, G809(%RIP)
        MOVL G809(%RIP), %EDI
        MOVL $33554433, %EAX
        SYSCALL

编译链接运行后，就可以得到预期的结果了。

全文完。

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