文档：编译器优化 V2 草案（编译策略层，与指令集优化.md 分层）
- §2 V1 现状：FB 内联/FC CALL/CAL_* 三种调用、短路跳转、固定寄存器分配、 调用约定、跳转回填、常量表去重 - §3 V2 变更：FB 基址寻址消除内联、type 位段驱动语义、槽表/值区布局职责、 变长发射字节化回填、类型扩展与升宽规则 - §4 待确认（引用指令集优化 §4 编译器相关项）；§5 编译器侧影响面；§6 阶段；§7 决策历史
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# 编译器优化（V2 草案）
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> 状态：**设计中**。本文聚焦**编译器（codegen/优化策略）侧**的现状与 V2 变更；
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> 指令集/映像层（指令格式、槽表/值区、类型位段）见 [`isa/指令集优化.md`](../isa/指令集优化.md)。
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> 全部内容为草案，未进入实现。
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## 1. 定位
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| 文档 | 覆盖层 | 内容 |
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| [`isa/指令集优化.md`](../isa/指令集优化.md) | ISA/映像层 | 变长指令、槽表/值区、type 位段、映像格式 |
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| **本文**（compiler） | 编译策略层 | 代码生成策略、POU 调用方式、寄存器分配、优化方向 |
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## 2. V1 现状（已实现的编译策略）
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### 2.1 POU 调用方式（三种）
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| 对象 | V1 处理 | 理由 | 代价 |
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| 用户 FB | **调用点内联展开** | FB 体访问绝对字段地址（`LOAD_GLOBAL rd, 基槽+字段序`），不同实例基址不同，共享体无法复用；无递归、无动态实例 → 内联安全（12.8 定案） | 字节码随调用点数膨胀 |
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| FUNCTION | 独立函数 + `CALL fn_id` 帧栈 | 无状态、寄存器约定（r1..r7 实参 / r0 结果）无地址冲突 | 帧压栈 |
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| 内建 FB | `CAL_*` 指令（VM 原语） | 定时器/计数器在 VM 侧 | 无 |
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### 2.2 其他编译策略（V1 冻结）
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- **短路求值必须编跳转**：`AND`/`OR` 禁止两边都算（`JF(AND)/JT(OR) rd, L_end`）
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- **寄存器分配**：变量固定前段（r0..k-1）、表达式临时从 k 起、语句结束复用基址（不分析生命周期）；`nregs` = 峰值 + 1；上限 256（`register overflow (>256)`）
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- **调用约定**：r0 结果、r1..r7 参数（≤7）、r8+ 变量/临时；调用点实参求值到 r8+ → `MOVE r(1+i), t` → `CALL` → `MOVE rd, r0`
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- **跳转留洞回填**：`patch_jump`（相对下一条：目标 = 当前 + 1 + off）
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- **常量统一进常量表**：`const_id` = 首次出现序，去重
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- **空条件寄存器**：r0 恒 0（`enc_jmp` 用）；一元负号 = `SUB rd, r0, t`
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- **IF/WHILE 模式**：`JF` 跳 else、`JMP` 连 end、`WHILE` 回跳循环头
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## 3. V2 编译器侧变更（对应指令集优化）
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### 3.1 FB 共享体（基址寻址）——消除内联膨胀
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- **现状问题**：FB 每调用一次复制一份体，字节码膨胀
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- **V2 方案**：槽表模型下引入**基址寻址指令**（`LOAD/STORE rd, base_slot, field_off`，base 槽取自寄存器/立即数，16B 长度组已预留）→ FB 体编译**一次**，运行时按实例基址定位字段
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- 收益：字节码不再随调用点膨胀；代价：每次字段访问多一个基址操作数
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- **待确认**：见指令集优化.md §4 项 9（推荐实施）
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### 3.2 类型驱动语义（type 位段红利）
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- CMP/算术按 `type` 位段自动选择语义：无符号**无符号比较**、整数**饱和到类型宽度**（模板化）、浮点 **IEEE 754**（无饱和，溢出→±inf）
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- 读取按宽度 + 符号/零扩展（`slot_read(addr, width, signed)`）
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- 常量表 tag = type 位段值（0..15），REAL=14 / LREAL=15 存位模式
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### 3.3 槽表/值区布局（codegen 职责）
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- **槽表段**：每槽 {addr:u32}，编译器为每个变量分配槽 + 值区地址（编译期算死）
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- **值段**：紧凑变宽布局，对齐规则 1/2/8 字节（BOOL 1 / INT 2 / TIME·LREAL·LWORD·ULINT·LINT 8 / REAL·DWORD·UDINT·DINT 4），**对齐由编译器保证**，VM 从 type 位段已知宽度
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- 初值写值段（编译期 layout）；结构体 = 值区连续字段块（元数据段字段表，v1 预留）
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### 3.4 变长指令对 codegen 的影响
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- **跳转回填改字节单位**：`patch_jump` 按字节（off32，相对下一条），pc/code_offset/code_len 全字节化
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- 发射器（E_*）按 fmt 决定长度组（4/8/16B），指令缓冲按字节追加
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- 取指/对齐：code 段 16 字节对齐
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### 3.5 类型系统扩展（ST 层）
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- 12 个 IEC 整数类型 + REAL/LREAL 进关键字（全量支持：声明即可用）
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- 类型检查：**隐式升宽**允许（SINT→INT→DINT→LINT、BYTE→WORD→…）、降宽禁止
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- 浮点字面量（`1.5`、`-2.5e3`）v1 是否支持——待确认
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## 4. 待确认（引用指令集优化.md §4 中编译器相关项）
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| 项 | 问题 | 推荐 |
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| 4 | I/Q/M 六条 LOAD/STORE 合并为两条 | 合并 |
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| 5 | 结构体 v1 只留编码不实现语法 | 预留 |
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| 6 | ST 层类型全量支持（12 类型名进关键字） | 全量 |
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| 7 | 隐式升宽允许、降宽禁止 | 按此 |
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| 8 | 字面量：十进制 only（含浮点字面量） | 十进制 |
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| 9 | FB 共享体：基址寻址指令实施 | 实施 |
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| 10 | REAL/LREAL 引入后 type:4 满编 | 满编（结构体走元数据） |
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## 5. 影响面（编译器侧）
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| 子模块 | 改动 |
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| Lexer | 类型关键字扩展（14 → 16+）、浮点字面量（若确认） |
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| Parser | 类型引用、字面量 AST |
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| Typecheck | 隐式升宽规则、16 类型元数据 |
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| Linker | 槽表条目分配（addr:u32）、FB 实例字段偏移 |
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| Codegen | E_* 变长发射、字节化回填、槽表+值区 layout、FB 共享体（若实施）、基址寻址 |
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| MachineConfig / machine.toml | type 表 16 条（base/width/signed/tag）、fmt/type 位段互锁校验 |
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## 6. 实施阶段（合并进指令集优化.md §6）
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- 阶段 2（isa）后接**阶段 3（compiler 侧）**：machine.toml V2 → MachineConfig → Codec → Codegen（槽表/值区/变长发射）→ Stb → 对应测试
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- FB 共享体（§3.1）若确认实施，并入阶段 3 的 Codegen 子步骤
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## 7. 决策历史
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- V1 定案（12.8）：用户 FB 内联 / FUNCTION CALL / 内建 FB CAL_*；短路必须跳转；固定寄存器分配
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- V2 讨论：用户确认 V1 内联现状；提出 V2 用基址寻址消除内联膨胀（写入 §2.7/§4 项 9）
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@@ -17,6 +17,7 @@ doc/
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compiler/符号表与链接.md
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compiler/类型检查.md
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compiler/寄存器码.md
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compiler/编译器优化.md
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vm/扫描周期.md
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vm/指令执行.md
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executor/执行器入口.md
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@@ -36,6 +37,7 @@ doc/
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| [`compiler/符号表与链接.md`](compiler/符号表与链接.md) | 12.6 符号表与链接：数据区定址、FB 布局、错误类别 |
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| [`compiler/类型检查.md`](compiler/类型检查.md) | 12.7 类型检查：表达式类型、语句规则、错误类别 |
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| [`compiler/寄存器码.md`](compiler/寄存器码.md) | 12.8 寄存器码：布局、指令模式、内联 FB、8 片计划 |
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| [`compiler/编译器优化.md`](compiler/编译器优化.md) | **V2 草案**：编译策略现状（FB 内联/短路/寄存器分配）+ V2 方向（FB 共享体/类型驱动/变长发射） |
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| [`vm/扫描周期.md`](vm/扫描周期.md) | 扫描周期与 VM 边界 |
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| [`vm/指令执行.md`](vm/指令执行.md) | 12.9 指令执行流程：帧/调用栈、指令表、定时器、故障 |
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| [`executor/执行器入口.md`](executor/执行器入口.md) | 可执行入口：加载 `.stb` + sidecar，跑扫描周期 |
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Reference in New Issue
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