在上一篇文章中,实现了对大于号(>
)的处理,那么对if
表达式的编译也就是信手拈来的事了,不解释太多。在本篇中,将会讲述一下如何产生可以调用来自于C语言标准库的exit(3)
函数的汇编代码。
在Common Lisp中并没有一个叫做EXIT
的内置函数,所以如同之前实现的_exit
一样,我会新增一种需要识别的(first expr)
,即符号exit
。为了可以调用C语言标准库中的exit
函数,需要遵循调用约定。对于exit
这种只有一个参数的函数而言,情形比较简单,只需要跟对_exit
一样处理即可。刚开始,我写下的代码是这样的
(defun jjcc2 (expr globals) ;; 省略不必要的内容 (cond ;; 省略不必要的内容 ((member (first expr) '(_exit exit)) ;; 暂时以硬编码的方式识别一个函数是否来自于C语言的标准库 `((movl ,(get-operand expr 0) %edi) (call :|_exit|)))))
对(exit 1)
进行编译,会得到如下的代码
.data .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions .globl _main_main: MOVL $1, %EDI CALL _exit
不过这样的代码经过编译链接之后,一运行就会遇到段错误(segmentation fault)。经过一番放狗搜索后,才知道原来在macOS上调用C函数的时候,需要先将栈对齐到16字节——我将其理解为将指向栈顶的指针对齐到16字节。于是乎,我将jjcc2
修改为如下的形式
(defun jjcc2 (expr globals) ;; 省略不必要的内容 (cond ;; 省略不必要的内容 ((member (first expr) '(_exit exit)) ;; 暂时以硬编码的方式识别一个函数是否来自于C语言的标准库 `((movl ,(get-operand expr 0) %edi) ;; 据这篇回答(https://stackoverflow.com/questions/12678230/how-to-print-argv0-in-nasm)所说,在macOS上调用C语言函数,需要将栈对齐到16位 ;; 假装要对齐的是栈顶地址。因为栈顶地址是往低地址增长的,所以只需要将地址的低16位抹掉就可以了 (and ,(format nil "$0x~X" #XFFFFFFF0) %esp) (call :|_exit|)))))
结果发现还是不行。最后,实在没辙了,只好先写一段简单的C代码,然后用gcc -S
生成汇编代码,来看看究竟应当如何处理这个栈的对齐要求。一番瞎折腾之后,发现原来是要处理RSP
寄存器而不是ESP
寄存器——我也不晓得这是为什么,ESP
不就是RSP
的低32位而已么。
最后,把jjcc2
写成下面这样后,终于可以成功编译(exit 1)
了
(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))) ((eq (first expr) 'if) ;; 假定if语句的测试表达式的结果也是放在%eax寄存器中的,所以只需要拿%eax寄存器中的值跟0做比较即可(类似于C语言) (let ((label-else (intern (symbol-name (gensym)) :keyword)) (label-end (intern (symbol-name (gensym)) :keyword))) (append (jjcc2 (second expr) globals) `((cmpl $0 %eax) (je ,label-else)) (jjcc2 (third expr) globals) `((jmp ,label-end) ,label-else) (jjcc2 (fourth expr) globals) `(,label-end)))) ((member (first expr) '(_exit exit)) ;; 暂时以硬编码的方式识别一个函数是否来自于C语言的标准库 `((movl ,(get-operand expr 0) %edi) ;; 据这篇回答(https://stackoverflow.com/questions/12678230/how-to-print-argv0-in-nasm)所说,在macOS上调用C语言函数,需要将栈对齐到16位 ;; 假装要对齐的是栈顶地址。因为栈顶地址是往低地址增长的,所以只需要将地址的低16位抹掉就可以了 (and ,(format nil "$0x~X" #XFFFFFFFFFFFFFFF0) %rsp) (call :|_exit|)))))
生成的汇编代码如下
.data .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions .globl _main_main: MOVL $1, %EDI AND $0xFFFFFFFFFFFFFFF0, %RSP CALL _exit
好了,这个时候我就在想,如果想要支持其它来自C语言标准库的函数的话,只要依葫芦画瓢就好了,好像还挺简单的——天真的我如此天真地想着。
全文完
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