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12.8 切片 5：WHILE 回环与四则运算。

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- WHILE 编成 L_loop: <cond→t> JF t, L_end <body> JMP L_loop L_end:，JF/JMP 双回填
- 四则 ADD/SUB/MUL/DIV（用例 5 循环体自增需要，同模式实现，用例 7 顺带点亮）
- codegen_test：115 断言（用例 05 回环 JMP -8、07 四则+比较、08 TIME 常量表），ctest 9/9
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Admin
2026-08-21 11:45:32 +08:00
parent 6f1bf61c7f
commit 31ba557627
2 changed files with 168 additions and 9 deletions
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compiler/src/Codegen.cpp
+71 -9
View File
@@ -1,14 +1,15 @@
/**
* @file Codegen.cpp
* @brief 寄存器码生成（12.8，切片 4：+ CMP_*、IF/ELSIF/ELSE）
* @brief 寄存器码生成（12.8，切片 5：+ WHILE、四则运算）
* @author
* @date 2026-08-21
*
* @details 设计说明（详见 Doc/compiler/寄存器码.md）：
* - 切片 1~3：帧/字面量/MOVE/RET；全局数据区；NOT 与短路 AND/OR。
* - 切片 4：比较 CMP_xx（两侧求值到临时）；IF 编成
* <cond→t> JF t, L_next <body> JMP L_end L_next: ... L_end:
* 跳转偏移相对下一条指令（目标 = 当前 + 1 + off，见 Doc/isa/指令与映像.md）
* - 切片 1~4：帧/字面量/MOVE/RET；全局数据区；NOT 与短路 AND/OR；CMP 与 IF。
* - 切片 5：WHILE 编成
* L_loop: <cond→t> JF t, L_end <body> JMP L_loop L_end:
* （用例 5 循环体含自增，四则 ADD/SUB/MUL/DIV 同模式一并实现，用例 7 可测）
* - 跳转偏移相对下一条指令（目标 = 当前 + 1 + off，见 Doc/isa/指令与映像.md）
* - 其余构造报 codegen error（后续切片展开）
*
* 函数清单：
@@ -20,11 +21,12 @@
* - find_pou 按名查 POU AST
* - build_function 编译一个 POU 的语句体（帧寄存器分配）
* - begin_stmt / alloc_temp 临时寄存器：语句内递增、语句结束复用基址
* - compile_stmt 语句编译（切片 4：赋值 / IF）
* - compile_stmt 语句编译（切片 5：赋值 / IF / WHILE）
* - compile_if IF/ELSIF/ELSE：条件链 + 分支尾部 JMP，JF/JMP 回填
* - compile_while WHILE：L_loop + 条件 JF + 体 + JMP 回环
* - store_target 赋值左值：STORE_* 到全局槽
* - compile_expr 表达式编译到寄存器（含 CMP_xx / NOT / 短路 AND/OR）
* - cmp_op 比较符 → CMP_xx 操作码
* - compile_expr 表达式编译到寄存器（含 CMP/算术/NOT/短路 AND/OR）
* - cmp_op / arith_op 比较符/算术符 → 操作码
* - load_op / store_op 按 io 绑定选读取/写入操作码
* - global_offset 逻辑槽号 → 数据区字节偏移
* - patch_jump 回填跳转偏移（相对下一条指令）
@@ -246,8 +248,11 @@ namespace {
if (st.kind == StmtKind::If) {
return compile_if(f, st);
}
if (st.kind == StmtKind::While) {
return compile_while(f, st);
}
if (st.kind != StmtKind::Assign) {
return fail("statement not supported in slice 4");
return fail("statement not supported in slice 5");
}
const auto it = f.regs.find(st.target);
if (it == f.regs.end()) {
@@ -258,6 +263,35 @@ namespace {
return compile_expr(f, *st.value, rd);
}
/**
* @brief 编译 WHILE
* @details L_loop: <cond→t> JF t, L_end <body> JMP L_loop L_end:
* 条件 JF 与回环 JMP 双回填
* @param f 当前函数
* @param st WHILE 语句 AST
* @return true 成功；false（err 已写）
*/
bool compile_while(FuncCtx& f, const Stmt& st) {
const size_t loop = f.code.size();
const uint8_t t = alloc_temp(f);
if (!compile_expr(f, *st.cond, t)) {
return false;
}
const size_t jf_idx = f.code.size();
f.code.push_back(isa::enc_jc(isa::Op::JF, t, 0)); // 假 → L_end
for (const Stmt& s : st.body) {
begin_stmt(f);
if (!compile_stmt(f, s)) {
return false;
}
}
const size_t jmp_idx = f.code.size();
f.code.push_back(isa::enc_jmp(0)); // 回环
patch_jump(f, jmp_idx, loop);
patch_jump(f, jf_idx, f.code.size());
return true;
}
/**
* @brief 编译 IF / ELSIF / ELSE
* @details 每分支：<cond→t> JF t, L_next → <body> → JMP L_end；
@@ -369,6 +403,19 @@ namespace {
}
return fail("no register or slot for '" + e.name + "'");
}
if (e.kind == ExprKind::Add || e.kind == ExprKind::Sub ||
e.kind == ExprKind::Mul || e.kind == ExprKind::Div) {
const uint8_t l = alloc_temp(f);
if (!compile_expr(f, *e.lhs, l)) {
return false;
}
const uint8_t r = alloc_temp(f);
if (!compile_expr(f, *e.rhs, r)) {
return false;
}
f.code.push_back(isa::enc_rrr(arith_op(e.kind), rd, l, r));
return true;
}
if (e.kind == ExprKind::Cmp) {
const uint8_t l = alloc_temp(f);
if (!compile_expr(f, *e.lhs, l)) {
@@ -423,6 +470,21 @@ namespace {
static_cast<uint8_t>((static_cast<uint16_t>(off) >> 8) & 0xFFu));
}
/**
* @brief 算术运算 → 操作码
* @param k 表达式种类（Add/Sub/Mul/Div）
* @return 对应操作码
*/
isa::Op arith_op(ExprKind k) const {
switch (k) {
case ExprKind::Add: return isa::Op::ADD;
case ExprKind::Sub: return isa::Op::SUB;
case ExprKind::Mul: return isa::Op::MUL;
case ExprKind::Div: return isa::Op::DIV;
default: return isa::Op::ADD;
}
}
/**
* @brief 比较符 → CMP_xx 操作码
* @param op 比较运算
tests/src/codegen_test.cpp
+97
View File
@@ -397,6 +397,100 @@ static bool test_case04() {
return true;
}
// ---- 10. 用例 05：WHILE 回环（JF 出口 + JMP 回填）----
static bool test_case05() {
std::vector<uint8_t> img;
std::string err;
CHECK(compile_case("05_while_normal", &img, &err));
const isa::ImageView v = isa::ImageView::from(img);
CHECK(v.ok());
const isa::FuncRow r = v.func_row(0);
CHECK(r.nregs == 4); // n + 3 临时（CMP 目的 + 两操作数）
CHECK(r.code_len == 10);
char buf[64];
const uint8_t* base = v.code_bytes();
const uint32_t* ins = reinterpret_cast<const uint32_t*>(base);
isa::disasm(ins[0], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "LOADK r0, 0") == 0); // n := 0
// L_loop [1]：n < 10 → r1
isa::disasm(ins[1], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "MOVE r2, r0") == 0);
isa::disasm(ins[2], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "LOADK r3, 1") == 0); // 常量 1 = 10
isa::disasm(ins[3], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "CMP_LT r1, r2, r3") == 0);
isa::disasm(ins[4], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "JF r1, +4") == 0); // 假 → RET（[9]）
// n := n + 1（体语句临时复用 r1/r2）
isa::disasm(ins[5], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "MOVE r1, r0") == 0);
isa::disasm(ins[6], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "LOADK r2, 2") == 0); // 常量 2 = 1
isa::disasm(ins[7], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "ADD r0, r1, r2") == 0);
isa::disasm(ins[8], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "JMP -8") == 0); // 回 L_loop（[1]）
isa::disasm(ins[9], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "RET") == 0);
return true;
}
// ---- 11. 用例 07：四则 + 比较 ----
static bool test_case07() {
std::vector<uint8_t> img;
std::string err;
CHECK(compile_case("07_int_arith", &img, &err));
const isa::ImageView v = isa::ImageView::from(img);
CHECK(v.ok());
const isa::FuncRow r = v.func_row(0);
CHECK(r.nregs == 6); // a b c eq + 2 临时（语句间复用）
char buf[64];
const uint8_t* base = v.code_bytes();
const uint32_t* ins = reinterpret_cast<const uint32_t*>(base);
bool saw_mul = false, saw_div = false, saw_sub = false, saw_gt = false;
for (uint32_t i = 0; i < r.code_len; ++i) {
isa::disasm(ins[i], buf, sizeof buf);
if (std::strstr(buf, "MUL r0, ")) saw_mul = true;
if (std::strstr(buf, "DIV r1, ")) saw_div = true;
if (std::strstr(buf, "SUB r2, ")) saw_sub = true;
if (std::strstr(buf, "CMP_GT r3, ")) saw_gt = true;
}
CHECK(saw_mul && saw_div && saw_sub && saw_gt);
return true;
}
// ---- 12. 用例 08：TIME 字面量进常量表 ----
static bool test_case08() {
std::vector<uint8_t> img;
std::string err;
CHECK(compile_case("08_time_literal", &img, &err));
const isa::ImageView v = isa::ImageView::from(img);
CHECK(v.ok());
CHECK(v.header().n_consts == 2);
const isa::ConstEntry c0 = v.const_entry(0);
CHECK(c0.tag == isa::types::Time && c0.value == 10); // T#10ms
const isa::ConstEntry c1 = v.const_entry(1);
CHECK(c1.tag == isa::types::Time && c1.value == 1250); // T#1s250ms
const isa::FuncRow r = v.func_row(0);
CHECK(r.nregs == 2);
char buf[64];
const uint32_t* ins = reinterpret_cast<const uint32_t*>(v.code_bytes());
isa::disasm(ins[0], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "LOADK r0, 0") == 0);
isa::disasm(ins[1], buf, sizeof buf);
CHECK(std::strcmp(buf, "LOADK r1, 1") == 0);
return true;
}
int main() {
if (!test_case01()) return 1;
if (!test_case02()) return 1;
@@ -407,6 +501,9 @@ int main() {
if (!test_case03()) return 1;
if (!test_not()) return 1;
if (!test_case04()) return 1;
if (!test_case05()) return 1;
if (!test_case07()) return 1;
if (!test_case08()) return 1;
std::printf("codegen_test: %d checks passed\n", g_checks);
return 0;
}