# microc **Repository Path**: nonlinearthink/microc ## Basic Information - **Project Name**: microc - **Description**: No description available - **Primary Language**: Unknown - **License**: Not specified - **Default Branch**: master - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 0 - **Forks**: 0 - **Created**: 2021-06-24 - **Last Updated**: 2021-06-30 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: None ## README ## 文件说明 ### interpreter 解释器 ```sh Absyn.fs micro-C abstract syntax 抽象语法 grammar.txt informal micro-C grammar and parser specification 文法定义 CLex.fsl micro-C lexer specification fslex词法定义 CPar.fsy micro-C parser specification fsyacc语法定义 Parse.fs micro-C parser 语法解析器 Interp.fs micro-C interpreter 解释器 example/ex1.c-ex25.c micro-C example programs 例子程序 interpc.fsproj 项目文件 ``` ### compiler 编译器 ```sh Machine.fs definition of micro-C stack machine instructions VM 指令定义 Machine.java micro-C stack machine in Java VM 实现 java machine.c micro-C stack machine in C VM 实现 c machine.cs micro-C stack machine in CSharp VM 实现 c# machine.csproj machine project file VM 项目文件 Comp.fs compile micro-C to stack machine code 编译器 输出 stack vm 指令序列 Backend.fs x86_64 backend 编译器后端 翻译 stack vm 指令序列到 x86_64 driver.c runtime support 运行时支持程序 prog0 example stack machine program: print numbers 字节码 案例，输出数字 prog1 example stack machine program: loop 20m times 字节码 案例，循环2千万次 microc.fsproj 编译器项目文件 ``` ### compiler 优化编译器 ```sh Contcomp.fs compile micro-C backwards 优化编译器 microcc.fsproj 优化编译器项目文件 ``` ## 构建与执行 ### A 解释器 #### A.1 解释器 interpc.exe 构建 ```sh # 编译解释器 interpc.exe 命令行程序 dotnet restore interpc.fsproj # 可选 dotnet clean interpc.fsproj # 可选 dotnet build -v n interpc.fsproj # 构建./bin/Debug/net5.0/interpc.exe ，-v n查看详细生成过程 # 执行解释器 ./bin/Debug/net5.0/interpc.exe ex1.c 8 dotnet run -p interpc.fsproj ex1.c 8 dotnet run -p interpc.fsproj -g ex1.c 8 //显示token AST 等调试信息 # one-liner # 自行修改 interpc.fsproj 依次解释多个源文件 dotnet build -t:ccrun interpc.fsproj ``` #### A.2 dotnet命令行fsi中运行解释器 ```sh # 生成扫描器 dotnet "C:\Users\gm\.nuget\packages\fslexyacc\10.2.0\build\/fslex/netcoreapp3.1\fslex.dll" -o "CLex.fs" --module CLex --unicode CLex.fsl # 生成分析器 dotnet "C:\Users\gm\.nuget\packages\fslexyacc\10.2.0\build\/fsyacc/netcoreapp3.1\fsyacc.dll" -o "CPar.fs" --module CPar CPar.fsy # 命令行运行程序 dotnet fsi #r "nuget: FsLexYacc";; //添加包引用 #load "Absyn.fs" "Debug.fs" "CPar.fs" "CLex.fs" "Parse.fs" "Interp.fs" "ParseAndRun.fs" ;; open ParseAndRun;; //导入模块 ParseAndRun fromFile "example\ex1.c";; //显示 ex1.c的语法树 run (fromFile "example\ex1.c") [17];; //解释执行 ex1.c run (fromFile "example\ex11.c") [8];; //解释执行 ex11.c Debug.debug <- true //打开调试 run (fromFile "example\ex1.c") [8];; //解释执行 ex1.c run (fromFile "example\ex11.c") [8];; //解释执行 ex11. #q;; ``` 解释器的主入口 是 interp.fs 中的 run 函数，具体看代码的注释 ### B 编译器 #### B.1 microc编译器构建步骤 ```sh # 构建 microc.exe 编译器程序 dotnet restore microc.fsproj # 可选 dotnet clean microc.fsproj # 可选 dotnet build microc.fsproj # 构建 ./bin/Debug/net5.0/microc.exe dotnet run -p microc.fsproj example/ex1.c # 执行编译器，编译 ex1.c，并输出 ex1.out 文件 dotnet run -p microc.fsproj -g example/ex1.c # -g 查看调试信息 ./bin/Debug/net5.0/microc.exe -g example/ex1.c # 直接执行构建的.exe文件，同上效果 dotnet built -t:ccrun microc.fsproj # 编译并运行 example 目录下多个文件 dotnet built -t:cclean microc.fsproj # 清除生成的文件 ``` #### B.2 dotnet fsi 中运行编译器 ```sh # 启动fsi dotnet fsi #r "nuget: FsLexYacc";; #load "Absyn.fs" "CPar.fs" "CLex.fs" "Debug.fs" "Parse.fs" "Machine.fs" "Backend.fs" "Comp.fs" "ParseAndComp.fs";; # 运行编译器 open ParseAndComp;; compileToFile (fromFile "example\ex1.c") "ex1";; Debug.debug <- true # 打开调试 compileToFile (fromFile "example\ex4.c") "ex4";; # 观察变量在环境上的分配 #q;; # fsi 中运行 #time "on";; // 打开时间跟踪 # 参考A. 中的命令 比较下解释执行解释执行 与 编译执行 ex11.c 的速度 ``` ### C 优化编译器 #### C.1 优化编译器 microcc.exe 构建步骤 ```sh dotnet restore microcc.fsproj dotnet clean microcc.fsproj dotnet build microcc.fsproj # 构建编译器 dotnet run -p microcc.fsproj ex11.c # 执行编译器 ./bin/Debug/net5.0/microcc.exe ex11.c # 直接执行 ``` #### C.2 dotnet fsi 中运行 backwards编译器 ```sh dotnet fsi -r ./bin/Debug/net5.0/FsLexYacc.Runtime.dll Absyn.fs CPar.fs CLex.fs Parse.fs Machine.fs Contcomp.fs ParseAndContcomp.fs open ParseAndContcomp;; contCompileToFile (fromFile "example\ex11.c") "ex11.out";; #q;; ``` ### D 虚拟机构建与运行 - 运行下面的命令 查看 fac 0 , fac 3 的栈帧 - 理解栈式虚拟机执行流程 #### D.1 dotnet ```sh dotnet clean machine.csproj dotnet run -p machine.csproj ex9.out 3 # 运行虚拟机，执行 ex9.out ./bin/Debug/net5.0/machine.exe ex9.out 3 ./bin/Debug/net5.0/machine.exe -t ex9.out 0 // 运行虚拟机，执行 ex9.out ，-t 查看跟踪信息 ./bin/Debug/net5.0/machine.exe -t ex9.out 3 // 运行虚拟机，执行 ex9.out ，-t 查看跟踪信息 ``` #### D.2 C ```sh # 编译 c 虚拟机 gcc -o machine.exe machine.c # 虚拟机执行指令 machine.exe ex9.out 3 # 调试执行指令 machine.exe -trace ex9.out 0 # -trace 并查看跟踪信息 machine.exe -trace ex9.out 3 ``` #### D.3 Java ```sh javac Machine.java java Machine ex9.out 3 javac Machinetrace.java java Machinetrace ex9.out 0 java Machinetrace ex9.out 3 ``` #### E 编译到x86_64 #### 预备软件 ```sh #Linux $sudo apt-get install build-essential nasm gcc # Windows # nasm 汇编器 https://www.nasm.us/pub/nasm/releasebuilds/2.15.05/win64/ # gcc 编译器 https://github.com/jmeubank/tdm-gcc/releases/download/v9.2.0-tdm-1/tdm-gcc-9.2.0.exe ``` #### 步骤 栈式虚拟机指令编译到x86_64，简单示例 分步构建 ```sh # 生成 ex1.asm 汇编码 nasm 格式 dotnet run -p microc.fsproj example/ex1.c # 汇编生成目标文件 nasm -f win64 example/ex1.asm -o example/ex1.o # win # nasm -f elf64 ex1.asm -o ex1.o # linux # 编译运行时文件 gcc -c driver.c # 链接运行时，生成可执行程序 gcc -g -o example/ex1.exe driver.o example/ex1.o # 执行 ./example/ex1.exe 8 ``` 单步构建 ```sh # 使用 build target 编译 ex1.c # 可修改 microc.fsproj 编译其他案例文件 dotnet build -t:ccrunx86 microc.fsproj ``` #### 调用约定 - caller - 调用函数前，在栈上放置函数参数，个数为m - 将rbp入栈，调用函数 - callee - 保存返回地址r，老的栈帧指针bp - 将参数搬移到本函数的栈帧初始位置 - 将rbp设置到第一个参数的位置 - rbx 保存函数的返回值 #### 数据在栈上的保存方式 - 如数组 a[2] 的元素按次序排在栈上，末尾保存数组变量a，内容是首元素 e0的地址 - e0, e1, a 访问数组，先通过`BP`得到`a`的位置，然后通过`a` 得到首地址 e0，最后计算数组下标偏移地址，访问对应数组元素 - 全局变量在栈上依次保存，x86 汇编中，glovar 是全局变量的起始地址 #### x86 bugs - *(p + 2) 指针运算不支持