第第 1212 章 代码生成章 代码生成第第 1212 章 代码生成章 代码生成

12.1 目标机目标代码分为两类 :一是机器语言代码 一是汇编语言代码一、有代表性的目标机二、具体指令系统

(R)addr[A] (addr[A])R

ST R, A LD R, A

存取 意义 ω R, A 种类

(R)ω(addr(A)) R

IADD R, A ISUB R, A IMUL R, A

整数运算

(R)ω(addr(A)) R

AND R, A OR R, A

逻辑运算

(R)ω(addr(A)) R

ADD R, ASUB R, AMUL R, A DIV R, A

实数运算

Real(addr[A])R CONV R, A 转实

(R)=true 则 转 addr[A], 否则下一条 (R)=false 则转 addr[A], 否则下一条无条件转向 addr[A]

TJMP R, A FJMP R, A JMP R, A

转向操作

(R)ω(addr[A])成立，则 trueR,否则 falseR

LT R, ALE R, AEQ R, A GT R, AGE R, A

关系运算

Addr[A]R LDA R, A

读出地址

(R)+MR RINC R, M

变址器加

例子：假设有函数说明FUNCTION f(VAR X:real;J:integer):real;BEGIN X:=2.5+J IF X>2.5 THEN X:=X+1 ELSE X:=X-1.0; f:=X*YEND

则生成的四元式为 (当前层数 l-1): 1.(FUNC,f, Noff,Moff) 2.(CONV,J, —, T1 ) 3.(r+, 2.5, T1, T2 ) 2.5+J 4.(=:, T2, —, X ) X:=2.5+J 5.(>, X, 2.5, T3 ) X>2.5 4.(THEN,T3, —, —) 5.(CONV,1, —, T4) 6.(r+, X, T4, T5) X+1 7.(=:, T5, —, X ) X:=X+1 8.(ELSE,—, —, —)

9.(r-, X,1.0,T6) X-1.0 10.(=:, T6,—, X) X:=X-1.0 11.(IFEND,—,—,—) 12.(r*, X, Y, T7) X*Y 13.(=:, T7,—, f) f:=X*Y 14.(FUNED,—,—,—)

引用型形参变量是间接变量 ,因此要用间接地址法 .从上面中间代码生成出来的目标代码如下 : 1.ST ф,2[top] 存返回地址

2.JMP —, DISPLAY 形成 DISPLAY 表 3.- l', l (top)sp 4.ST top, sp (top)+Moftop 5.RINC top, Moff 6.CONV R1, J 7.ADD R1, 2.5 8.ST R1, *X 9.LD R1, *x10.GT R1, 2.511.FJMP R1, ⒃12.CONV R1, 113.ADD R1, *x

14.ST R1, *x15.JMP —, ⒆16.LD R1, *X17.SUB R1, 1.018.ST R1, *x19.LD R1, *X20.MUL R1, y21.ST R1, 3[sp]22.ST SP, top (sp)top23.LD SP, 0[top] (0[top])sp24.JMP —, 2[top] 返回

在本例中 ,标示符的抽象地址和目标地址如下 :

(i,k[sp]) (l',i) y

5[sp] (l,5) J

4[sp] (l,4) X

3[sp] (l,3) f

目标地址 抽象地址 标示符

其中 k=6+l'

指令 2转向子程序 DISPLAY 。它把指令 3作为信息做下面工作 ( 造本层 DISPLAY 表 )并返回到指令 4:

1.0 i 2.(addr(i,2[top]))(i+6)[top] 3.i+1i 4. 若 i≤l则转 2 5.(sp)(6+l)[top]

12.2 寄存器分配定义访问一次内存的代价为，则指

令执行代价 =访问内存次数 +1 例如 : 1. DL R0,M MUL R0,R0 总代价 =4 ADD R0,R0

2. DL R0,M ADD R0,M 总代价 =6 ST R0,M

3. DL R0,M MUL R0,R1 总代价 =7 ST R0,M其中 M表示直接存储地址。

使用寄存器的主要思想 在目标代码中使用寄存器的主要思想是：在四元式中，每当一个变量被定义时，首先产生把值送入某一寄存器的目标代码，然后在一个表里注明该变量的值在哪一寄存器中，只有当寄存器被剥夺且变量的值以后还有用时，才把寄存器中的现行值记入内存单元。当一个变量的值以后不再被引用时，就不必保存到内存中。

寄存器的分配以基本块为单位。在基本块开始时所有寄存器都是空闲可用的，在结束基本块时剥夺所有寄存器，以便在下一个基本块开始时所有寄存器都是可用的。

寄存器分配的中心问题有二：一是寄存器的主动释放问题，一是寄存器的剥夺（被迫释放）问题。当没有可主动释放的，又没有空闲可用的寄存器时要采取剥夺手段。两个中心问题中的主要问题是寄存器的剥夺问题。

决定剥夺哪个的主要因素有下列一些： 1．写入内存次数。 2．下次使用点的距离。 3．使用频率。

每当一个寄存器被剥夺时，要把它的值写入一些内存单元中，我们希望这种写入动作最少。不同寄存器中的值在一个基本块内的使用频率是不相同的，我们希望被剥夺者（值）的使用频率是最低的。我们也希望被剥夺者的下次使用点是最远的。

12.3 表达式四元式的翻译 [ 例 ] 设有表达式 X*(a+b)*Y*(a+b) 其中 X和 Y为间接量， a和 b为直接量，且类型均为实型，则生成的四元式为：

1． (r+, a, b, T1) 2． (r*, X, T1, T2) 3． (r*, T2, Y, T3) 4． (r*, T3, T1, T4)

由上述四元式生成目标代码的过程如图所示 四 元 式 目 标 代 码 REGALLOC 表 r+ ,a,b,T1

LD R1, a ADD R1, b

1． (T1, R1, 0, 2, 2)

r*,X,T1,T2

LD R2, *X MUL R2, R1

1． (T1, R1, 0, 4, 1)2． (T2, R2, 0, 3, 1)

r*,T2,Y,T3

MUL R2, *Y

1． (T1, R1, 0, 4, 1)2． (T3, R2, 0, 4, 1)

r*,T3,T1,T4

MUL R2, R1

1． (T4, R2, 0, -, -)

12.4 复合变量四元式的翻译 复合变量有两种： V[E] ， V.I 。其中 V有两

种可能：第一，它是结构变量名，第二，它又 是一个复合变量。结构变量名又可分为形参名 和实在名。

V[E] 变量的四元式（最后一条）可有以下三类： Ⅰ. ([ ], a, T0, T) Ⅱ. ([ ], A, T0, T) Ⅲ. ([ ], Tv, T0, T)

上述四元式对应的目标代码分别为： Ⅰ. LDA Φ, addr(a) IADD Φ, loca(T0) ST Φ, addr(T)Ⅱ. LD Φ, addr(A) IADD Φ, loca(T0) ST Φ, addr(T)Ⅲ. LD Φ, addr(Tv) IADD Φ, loca(T0) ST Φ, addr(T)

V.I 的四元式有以下三类： Ⅰ. (·, rc, I’, T) Ⅱ. (·, RC, I’, T) Ⅲ. (·, Tv, I’, T)

其中 I’在处理上可能有两种：一是 I’为域名 I自身（名表地址），一是 I’为 SYMBL 表地址。我们需要的是 I的 OFF 值。

上述三种四元式的目标代码分别如下：

Ⅰ. LDA Φ , addr(rc) RINC Φ , off(I) ST Φ , addr(T)Ⅱ. LD Φ , addr(RC) RINC Φ , off(I) ST Φ , addr(T)Ⅲ. LD Φ , addr(Tv) RINC Φ , off(I) ST Φ , addr(T)

[ 例 ] 设有表达式 a[i*2+1]*B[i*2].u 和说明

VAR i, j: integer; u: real; a: ARRAY[1…10] OF real; 以及形参说明 VAR B ： Tname ，其中 Tname表示前面数组类型的名，则生成的四元式和目标代码分别如下：

四元式 1. ( i*, i, 2, T1 )

2. ( i+, T1, 1, T2 )

3. ( i-, T2, 1, T3 )

4. ( [ ], a, T3, T4 )

5. ( i-, T1, 1, T5 )

6. ( [ ], B, T5, T6 )

7. ( · , T6, u, T7 )

8. ( r*, T4, T7, T8 )

目标代码 1. LD R1, I 2. IMUL R1, 2 3. LD R2, R1 4. IADD R2, 1 5. ISUB R2, 1 6. LDA Φ, a 7. IADD Φ, R2 8. ST Φ, T4 9. ISUB R1, 1

10. LD Φ, B 11. IADD Φ, R1 12. ST Φ, T6 13. LD Φ, T6 14. RINC Φ,off(u) 15. ST Φ, T7 16. LD R1, *T4 17. MUL R1, *T7

12.5 赋值四元式的翻译 赋值语句可分为以下三种： Ⅰ. V0: =E Ⅱ. V1: =V2 Ⅲ. f: =E 其中 V0 表示简单类型的变量， V1和 V2 是结构类型的变量， f为实在函数名。对应的赋值四元式分别为：

Ⅰ. (=: , eres(E), ——, vres(V0)) Ⅱ. (=: , vres(V2), ——, vres(V1)) Ⅲ. (=: , eres(E), ——, vres(f))

[ 例 ] 设有程序段 u: = i*j; X: = 0; W: = i*j+u 且变量均为整型变量， X为引用型形参变量，则因公共表达式节省是以基本块为单位的，而 X:=0 是一个块的结束（在生成四元式时），因此首先生成如下四元式：

1. (i*, i, j, T1) 2. (=:, T1, —, u) 3. (=:, 0, —, X) 4. (i*, i, j, T2) 5. (i+, T2, u, T3) 6. (=:, T3, —, w)

当处理完四元式 1， 2时得到目标代码

和 REGALLOC 表：

REGALLOC[u]=(R1, 5, 1)

1. LD R1, i 2. IMUL R1, j

当处理四元式 3时，首先生成目标代码 3. LD R2, 0 4. ST R2, *X 然后调用 REGSTORE 子程序，它将生成把寄

存器中的值送回内存（如果必要的话）的目标代码：

5. ST R1, u

并把 REGALLOC 表置成空。这样四元式 5中的 u不能引用寄存器中的 u值。后面的目标代码如下：

6. LD R1, i 7. IMUL R1, j 8. IADD R1, u

REGALLOC[w] =(R1,— ，— )

如果四元式 9 是新块的入口四元式，则当前基本块结束，它将会首先生成下面的目标代码：

9. ST R1 ， w

并把 REGALLOC 表置成空。

12.6 条件语句四元式的翻译 这里说的条件语句四元式主要指以下三种： Ⅰ. (THEN, A, ——，—— ) Ⅱ. (ELSE, ——，——，—— ) Ⅲ. (IFEND,——，——，—— ) 其中最后一条不产生目标代码，只完成回填工作。前二种四元式生成的目标代码形如：

Ⅰ. LD R, loca(A) FJMP R, Jaddr Ⅱ. JMP ——, Jaddr 其中 Jaddr 是转向地址。

[ 例 ] 设有条件语句 IF x>0 THEN BEGIN x:=0;y:=1 END ELSE BEGIN x:=1;y:=0 END则生成的四元式为：

1. ( >, x, 0, T1 ) 2. ( THEN, T1, —, — ) 3. ( =:, 0, — ， x ) 4. ( =:, 1, —, y ) 5. ( ELSE, —, —, — ) 6. ( =:, 1, —, x ) 7. ( =:, 0, —, y ) 8. (IFEND, —, —, — )

最后生成的目标代码为： P+1. LD R1, x 2. GT R1, 0 3. FJMP R1, P+9 4. LD R1, 0 5. LD R2, 1 6. ST R1, x 7. ST R2, y 8. JMP — ， P+13 9. LD R1, 1 10. LD R2, 0 11. ST R1, x 12. ST R2, y

12.7 循环语句四元式的翻译 循环语句四元式指下面三种四元式（只考虑 WHILE循环）：

Ⅰ. (WHILE, —， — ， — ) Ⅱ. (DO, A, — ， — ) Ⅲ. (WHEND, — ， — ， — ) 其中 WHILE 四元式不产生目标代码，只用于记住 WHILE循环的入口（重复）地址， DO四元式将产生条件转移目标代码，其转移地址要回填， WHEND 四元式将产生无条件转向循环头的目标代码，同时回填 DO 四元式所产生的条件转移代码中的转向地址。

Ⅰ. WHILE 四元式： REGSTORE ； PUSH(P+1)

Ⅱ. DO 四元式：同于 THEN 四元式Ⅲ. WHEND 四元式： 1. REGSTORE 2. POP(P’); BACK(P’,P+2) 3. POP(P’);CODE(JMP,—,P’)

12.8 转向语句和标号四元式的翻译

考虑的四四元式为：Ⅰ. (LABEL ，——，——， l)Ⅱ. (GOTO, ——，——， l)翻译略

12.9 过程、函数说明四元式的翻译

考虑的四元式为Ⅰ. (PROC, f, Noff, Moff)Ⅱ. (FUNC, g, Noff, Moff)Ⅲ. (PROCEND, — ， — ， — )Ⅳ. (FUNCEND, — ， — ， — )

其中Ⅰ和Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ产生相同的目标代码。

这里涉及到过函子程序的入口地址问题。可有三种处理方法：一是把入口地址定为执行部分的头；一是把入口地址定为块的头，而其头目标代码为转向执行部分的转移代码；一是把入口地址定为块的头，但在每个子程序前面放一条跳过该子程序的跳跃代码。我们采用第三种处理方法。

PROC 和 FUNC 四元式要完成的工作有三： 1. 结束基本块 2. 记入口地址 3. 生成目标代码

PROCEND 和 FUNCEND 四元式要完成的工作 有三： 1. 结束基本块 2. 生成目标代码 3. 回填跳跃目标代码的转移地址 

12.10 过程、函数调用四元式的翻译

考虑的四元式有：

Ⅰ. (ACT, OPR1, β, OFF)

Ⅱ. (CALL, f, ——, T )

当 CALL 为过程调用时无 T部分。其中OFF 是形参的区距， OPR1 是实参部分，当形参为赋值型时 β值为 1（否则为 0）。下面分几种情形讨论。

1. 形参为赋值型形参情形 2. 形参为引用型形参情形 3. 形参为过函标识符情形