12.8 切片 1：寄存器码骨架（MOVE/LOADK/RET）。
- Codegen.h/cpp：帧寄存器（0 起声明序）、常量表、函数表、小端映像拼装 - 切片 1 范围：PROGRAM 标量 + 字面量 LOADK + 变量 MOVE + RET；其余构造报 codegen error - codegen_test：23 断言（用例 01 空 MAIN 出 RET、02 LOADK r0/r1 + 常量表），ctest 9/9
This commit is contained in:
@@ -12,7 +12,8 @@ add_library(compiler STATIC
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./src/Project.cpp
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./src/Parser.cpp
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./src/Linker.cpp
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./src/Typecheck.cpp)
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./src/Typecheck.cpp
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./src/Codegen.cpp)
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target_include_directories(compiler PUBLIC ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include)
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target_include_directories(compiler PRIVATE ${CMAKE_SOURCE_DIR}/third_party/tomlplusplus/include)
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@@ -0,0 +1,25 @@
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/**
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* @file Codegen.h
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* @brief 寄存器码生成（12.8，切片 1：MOVE / LOADK / RET）
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* @author
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* @date 2026-08-21
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*/
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#pragma once
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#include <cstdint>
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#include <string>
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#include <vector>
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#include "compiler/Linker.h"
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#include "compiler/Parser.h"
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#include "compiler/Project.h"
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namespace compiler {
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// 编译工程为 .stb 映像字节（在链接 + 类型检查成功后调用）。
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// 失败返回 false，err 前缀 "codegen error"。
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bool codegen_project(const Project& proj, const std::vector<SourceUnit>& units,
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||||
const LinkResult& link, std::vector<uint8_t>* image,
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std::string* err);
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}
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@@ -0,0 +1,321 @@
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/**
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* @file Codegen.cpp
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||||
* @brief 寄存器码生成（12.8，切片 1：MOVE / LOADK / RET）
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* @author
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* @date 2026-08-21
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*
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* @details 设计说明（详见 Doc/compiler/寄存器码.md）：
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* - 切片 1 范围：PROGRAM 标量变量帧（r0 起按声明序）、字面量 LOADK、
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* 变量间 MOVE、RET；空 MAIN 出映像。其余构造报 codegen error（后续切片展开）
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* - 常量统一进常量表（BOOL/INT/TIME），const_id = 首次出现序
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* - 映像：头（cycle_limit/dt_ms/工程哈希/入口）+ 常量表 + 函数表 + 字节码，
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* 数据段为空（无全局/实例）
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*
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* 函数清单：
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* - put_le32 / put_le64 小端写入映像缓冲
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* - Builder::Builder （构造）存工程/源文件/链接结果/输出
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* - Builder::run 逐 POU 建函数 → 拼映像
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* - Builder::fail 组装 "codegen error: <msg>" 返回 false
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* - build_frame 给 POU 标量变量分配帧寄存器（0 起按声明序）
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* - build_function 编译一个 POU 的语句体
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* - compile_stmt 语句编译（切片 1：仅赋值）
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* - compile_expr 表达式编译（切片 1：仅字面量 / 变量读）
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* - const_id 取常量表 id（无则追加）
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* - assemble_image 拼头 + 常量表 + 函数表 + 字节码
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* - codegen_project 对外入口
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*/
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#include "compiler/Codegen.h"
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#include <cstdio>
|
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#include <map>
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#include <string>
|
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#include <vector>
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#include "isa/Encode.h"
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#include "isa/Image.h"
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#include "isa/Instr.h"
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#include "isa/Types.h"
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namespace compiler {
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namespace {
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// ---- 小端写入（Image.cpp 内部实现不可见，这里自带最小版）----
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void put_le32(std::vector<uint8_t>& b, size_t off, uint32_t v) {
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||||
b[off + 0] = static_cast<uint8_t>(v & 0xFFu);
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||||
b[off + 1] = static_cast<uint8_t>((v >> 8) & 0xFFu);
|
||||
b[off + 2] = static_cast<uint8_t>((v >> 16) & 0xFFu);
|
||||
b[off + 3] = static_cast<uint8_t>((v >> 24) & 0xFFu);
|
||||
}
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||||
|
||||
void put_le64(std::vector<uint8_t>& b, size_t off, uint64_t v) {
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||||
for (int i = 0; i < 8; ++i) {
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||||
b[off + i] = static_cast<uint8_t>((v >> (8 * i)) & 0xFFu);
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||||
}
|
||||
}
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||||
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||||
/**
|
||||
* @brief 代码生成器（切片 1）
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*/
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||||
class Builder {
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||||
public:
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/**
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||||
* @brief 构造生成器
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||||
* @param proj 工程定义（cycle_limit / dt_ms / 哈希用）
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||||
* @param units 全部源文件的 AST
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||||
* @param link 链接结果（POU 顺序 / 符号）
|
||||
* @param image 输出映像字节
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||||
* @param err 错误输出；可为 nullptr（静默）
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||||
*/
|
||||
Builder(const Project& proj, const std::vector<SourceUnit>& units,
|
||||
const LinkResult& link, std::vector<uint8_t>* image, std::string* err)
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||||
: proj_(proj), units_(units), link_(link), image_(image), err_(err) {}
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||||
/**
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||||
* @brief 逐 POU 建函数后拼映像
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||||
* @return true 成功；false（err 已写，前缀 "codegen error"）
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||||
*/
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||||
bool run() {
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||||
for (const LinkResult::PouScope& sc : link_.scopes) {
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const POU* pou = find_pou(sc.name);
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||||
if (pou == nullptr) {
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continue;
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||||
}
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||||
FuncCtx f;
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f.name = sc.name;
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||||
if (!build_function(*pou, &f)) {
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return false;
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||||
}
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||||
funcs_.push_back(std::move(f));
|
||||
}
|
||||
return assemble_image();
|
||||
}
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||||
|
||||
private:
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||||
/**
|
||||
* @brief 组装错误消息并返回 false
|
||||
* @param msg 错误描述（不含前缀）
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||||
* @return 恒 false
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*/
|
||||
bool fail(const std::string& msg) {
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||||
if (err_) {
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||||
*err_ = "codegen error: " + msg;
|
||||
}
|
||||
return false;
|
||||
}
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||||
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||||
/**
|
||||
* @brief 按名查 POU AST
|
||||
* @param name POU 名（小写）
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||||
* @return POU 指针；未找到返回 nullptr
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||||
*/
|
||||
const POU* find_pou(const std::string& name) const {
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||||
for (const SourceUnit& u : units_) {
|
||||
for (const POU& p : u.ast.pous) {
|
||||
if (p.name == name) {
|
||||
return &p;
|
||||
}
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||||
}
|
||||
}
|
||||
return nullptr;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 每函数的编译态
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||||
struct FuncCtx {
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||||
std::string name;
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||||
std::vector<isa::Instr> code; // 字节码（函数表 code_offset 相对此段）
|
||||
std::map<std::string, uint8_t> regs; // 变量名 → 帧寄存器
|
||||
uint8_t nregs = 0; // 变量数（切片 1 无临时）
|
||||
};
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* @brief 编译一个 POU
|
||||
* @details 切片 1：仅 PROGRAM + 标量变量（FB 实例/函数留后续切片）
|
||||
* @param pou POU AST
|
||||
* @param f 输出函数编译态
|
||||
* @return true 成功；false（err 已写）
|
||||
*/
|
||||
bool build_function(const POU& pou, FuncCtx* f) {
|
||||
if (pou.kind != PouKind::Program) {
|
||||
return fail("only PROGRAM supported in slice 1 ('" + pou.name + "')");
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||||
}
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||||
for (const VarBlock& b : pou.blocks) {
|
||||
for (const VarDecl& d : b.vars) {
|
||||
if (d.type.kind == TypeKind::FbUser || d.type.kind == TypeKind::FbBuiltin) {
|
||||
return fail("FB instance not supported in slice 1 ('" + d.name + "')");
|
||||
}
|
||||
if (f->regs.size() > 255) {
|
||||
return fail("register overflow in function '" + pou.name + "'");
|
||||
}
|
||||
f->regs[d.name] = f->nregs++;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
for (const Stmt& st : pou.body) {
|
||||
if (!compile_stmt(*f, st)) {
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
f->code.push_back(isa::enc_ret());
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* @brief 编译一条语句（切片 1：仅赋值）
|
||||
* @param f 当前函数
|
||||
* @param st 语句 AST
|
||||
* @return true 成功；false（err 已写）
|
||||
*/
|
||||
bool compile_stmt(FuncCtx& f, const Stmt& st) {
|
||||
if (st.kind != StmtKind::Assign) {
|
||||
return fail("statement not supported in slice 1");
|
||||
}
|
||||
const auto it = f.regs.find(st.target);
|
||||
if (it == f.regs.end()) {
|
||||
return fail("no register for '" + st.target + "'");
|
||||
}
|
||||
const uint8_t rd = it->second;
|
||||
uint8_t rs = 0;
|
||||
const ExprKind k = st.value->kind;
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||||
if (k == ExprKind::LitBool || k == ExprKind::LitInt ||
|
||||
k == ExprKind::LitTime) {
|
||||
const isa::types::TypeTag tag =
|
||||
k == ExprKind::LitBool ? isa::types::Bool
|
||||
: k == ExprKind::LitInt ? isa::types::Int
|
||||
: isa::types::Time;
|
||||
f.code.push_back(
|
||||
isa::enc_imm(isa::Op::LOADK, rd, const_id(tag, st.value->int_value)));
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
if (k == ExprKind::VarRef) {
|
||||
const auto sit = f.regs.find(st.value->name);
|
||||
if (sit == f.regs.end()) {
|
||||
return fail("no register for '" + st.value->name + "'");
|
||||
}
|
||||
f.code.push_back(isa::enc_rr(isa::Op::MOVE, rd, sit->second));
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
return fail("expression not supported in slice 1");
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* @brief 取常量表 id（无则追加）
|
||||
* @param tag 类型标记（BOOL/INT/TIME）
|
||||
* @param value 常量值
|
||||
* @return const_id（u16）
|
||||
*/
|
||||
uint16_t const_id(isa::types::TypeTag tag, int64_t value) {
|
||||
for (size_t i = 0; i < consts_.size(); ++i) {
|
||||
if (consts_[i].tag == tag && consts_[i].value == static_cast<uint64_t>(value)) {
|
||||
return static_cast<uint16_t>(i);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
consts_.push_back({tag, static_cast<uint64_t>(value)});
|
||||
return static_cast<uint16_t>(consts_.size() - 1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* @brief 拼映像：头 + 常量表 + 函数表 + 字节码（数据段空）
|
||||
* @return true 成功；false（err 已写）
|
||||
*/
|
||||
bool assemble_image() {
|
||||
const uint32_t off_const = isa::kHeaderSize;
|
||||
const uint32_t off_funcs = off_const +
|
||||
static_cast<uint32_t>(consts_.size()) * isa::kConstEntrySize;
|
||||
uint32_t off_code = off_funcs +
|
||||
static_cast<uint32_t>(funcs_.size()) * isa::kFuncRowSize;
|
||||
uint32_t code_total = 0;
|
||||
for (const FuncCtx& f : funcs_) {
|
||||
code_total += static_cast<uint32_t>(f.code.size()) * 4;
|
||||
}
|
||||
const uint32_t off_end = off_code + code_total;
|
||||
|
||||
std::vector<uint8_t>& b = *image_;
|
||||
b.assign(off_end, 0);
|
||||
put_le32(b, 0, isa::kMagic);
|
||||
put_le32(b, 4, isa::kVersion);
|
||||
put_le32(b, 8, proj_.cycle_limit);
|
||||
put_le32(b, 12, proj_.dt_ms);
|
||||
|
||||
uint64_t hash = isa::kFnvBasis;
|
||||
if (!compute_project_hash(proj_, &hash, err_)) {
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
put_le64(b, 16, hash);
|
||||
|
||||
uint32_t entry = 0;
|
||||
for (size_t i = 0; i < funcs_.size(); ++i) {
|
||||
if (funcs_[i].name == "main") {
|
||||
entry = static_cast<uint32_t>(i);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
put_le32(b, 24, entry);
|
||||
put_le32(b, 28, 0); // n_globals（切片 1 无全局）
|
||||
put_le32(b, 32, 0); // n_i
|
||||
put_le32(b, 36, 0); // n_q
|
||||
put_le32(b, 40, 0); // n_m
|
||||
put_le32(b, 44, static_cast<uint32_t>(consts_.size()));
|
||||
put_le32(b, 48, static_cast<uint32_t>(funcs_.size()));
|
||||
put_le32(b, 52, off_const);
|
||||
put_le32(b, 56, off_funcs);
|
||||
put_le32(b, 60, off_code);
|
||||
put_le32(b, 64, off_end); // offset_fb（空）
|
||||
put_le32(b, 68, off_end); // offset_data（空）
|
||||
|
||||
for (size_t i = 0; i < consts_.size(); ++i) {
|
||||
const size_t o = off_const + i * isa::kConstEntrySize;
|
||||
put_le32(b, o, static_cast<uint32_t>(consts_[i].tag));
|
||||
put_le64(b, o + 4, consts_[i].value);
|
||||
}
|
||||
|
||||
uint32_t c = off_code;
|
||||
for (size_t i = 0; i < funcs_.size(); ++i) {
|
||||
const FuncCtx& f = funcs_[i];
|
||||
const size_t o = off_funcs + i * isa::kFuncRowSize;
|
||||
put_le32(b, o, f.nregs);
|
||||
put_le32(b, o + 4, 0); // code_offset 相对段起点 = 前序函数长度和
|
||||
put_le32(b, o + 8, static_cast<uint32_t>(f.code.size()));
|
||||
for (const isa::Instr in : f.code) {
|
||||
put_le32(b, c, in);
|
||||
c += 4;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// code_offset 回填（相对字节码段起点）
|
||||
uint32_t acc = 0;
|
||||
for (size_t i = 0; i < funcs_.size(); ++i) {
|
||||
const size_t o = off_funcs + i * isa::kFuncRowSize;
|
||||
put_le32(b, o + 4, acc);
|
||||
acc += static_cast<uint32_t>(funcs_[i].code.size()) * 4;
|
||||
}
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// ---- 成员 ----
|
||||
const Project& proj_;
|
||||
const std::vector<SourceUnit>& units_;
|
||||
const LinkResult& link_;
|
||||
std::vector<uint8_t>* image_;
|
||||
std::string* err_;
|
||||
std::vector<FuncCtx> funcs_;
|
||||
std::vector<isa::ConstEntry> consts_;
|
||||
};
|
||||
|
||||
} // namespace
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* @brief 编译工程为 .stb 映像字节（对外入口）
|
||||
* @param proj 工程定义
|
||||
* @param units 全部源文件的 AST
|
||||
* @param link 链接结果（在类型检查成功后调用）
|
||||
* @param image 输出映像字节
|
||||
* @param err 错误输出；可为 nullptr（静默）
|
||||
* @return true 成功；false 失败（err 前缀 "codegen error"）
|
||||
*/
|
||||
bool codegen_project(const Project& proj, const std::vector<SourceUnit>& units,
|
||||
const LinkResult& link, std::vector<uint8_t>* image,
|
||||
std::string* err) {
|
||||
Builder b(proj, units, link, image, err);
|
||||
return b.run();
|
||||
}
|
||||
|
||||
} // namespace compiler
|
||||
@@ -67,3 +67,14 @@ target_compile_definitions(typecheck_test PRIVATE
|
||||
|
||||
add_test(NAME typecheck_types
|
||||
COMMAND typecheck_test)
|
||||
|
||||
# 寄存器码测试（12.8 切片 1）：用例 01/02 出映像（REPO_ROOT 注入源目录绝对路径）
|
||||
add_executable(codegen_test
|
||||
./src/codegen_test.cpp)
|
||||
|
||||
target_link_libraries(codegen_test PRIVATE compiler)
|
||||
target_compile_definitions(codegen_test PRIVATE
|
||||
REPO_ROOT="${CMAKE_SOURCE_DIR}")
|
||||
|
||||
add_test(NAME codegen_slice1
|
||||
COMMAND codegen_test)
|
||||
|
||||
@@ -0,0 +1,127 @@
|
||||
/**
|
||||
* @file codegen_test.cpp
|
||||
* @brief 寄存器码测试（12.8 切片 1）：用例 01/02 出映像
|
||||
* @author
|
||||
* @date 2026-08-21
|
||||
*/
|
||||
|
||||
#include <cstdio>
|
||||
#include <cstring>
|
||||
#include <string>
|
||||
#include <vector>
|
||||
|
||||
#include "compiler/Codegen.h"
|
||||
#include "compiler/Linker.h"
|
||||
#include "compiler/Project.h"
|
||||
#include "compiler/Typecheck.h"
|
||||
#include "isa/Encode.h"
|
||||
#include "isa/Image.h"
|
||||
|
||||
#ifndef REPO_ROOT
|
||||
#define REPO_ROOT "."
|
||||
#endif
|
||||
|
||||
static int g_checks = 0;
|
||||
|
||||
#define CHECK(cond) \
|
||||
do { \
|
||||
if (!(cond)) { \
|
||||
std::printf("FAIL %s:%d: %s\n", __FILE__, __LINE__, #cond); \
|
||||
return false; \
|
||||
} \
|
||||
++g_checks; \
|
||||
} while (0)
|
||||
|
||||
// 从用例目录走完整编译管线（解析 → 链接 → 类型检查 → 代码生成）
|
||||
static bool compile_case(const char* dir, std::vector<uint8_t>* image, std::string* err) {
|
||||
using namespace compiler;
|
||||
const std::string toml = std::string(REPO_ROOT) + "/tests/cases/" + dir + "/project.toml";
|
||||
Project p;
|
||||
if (!parse_project(toml, &p, err)) {
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
std::vector<SourceUnit> units;
|
||||
for (const std::string& f : compile_files(p)) {
|
||||
SourceUnit u;
|
||||
if (!load_unit(p.base_dir + "/" + f, &u, err)) {
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
units.push_back(std::move(u));
|
||||
}
|
||||
LinkResult link;
|
||||
if (!link_project(p, units, &link, err)) {
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
if (!check_project(p, units, link, err)) {
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
return codegen_project(p, units, link, image, err);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// ---- 1. 用例 01：空 MAIN + RET ----
|
||||
|
||||
static bool test_case01() {
|
||||
std::vector<uint8_t> img;
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||||
std::string err;
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||||
CHECK(compile_case("01_empty_main", &img, &err));
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||||
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||||
const isa::ImageView v = isa::ImageView::from(img);
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||||
CHECK(v.ok());
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||||
CHECK(v.header().cycle_limit == 1000);
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||||
CHECK(v.header().dt_ms == 10);
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||||
CHECK(v.header().entry_fn_id == 0);
|
||||
CHECK(v.header().n_funcs == 1);
|
||||
CHECK(v.header().n_consts == 0);
|
||||
CHECK(v.header().n_globals == 0);
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||||
CHECK(v.header().project_hash != isa::kFnvBasis);
|
||||
|
||||
const isa::FuncRow r = v.func_row(0);
|
||||
CHECK(r.nregs == 0);
|
||||
CHECK(r.code_len == 1);
|
||||
|
||||
char buf[32];
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||||
isa::disasm(v.code_bytes()[0], buf, sizeof buf);
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||||
CHECK(std::strcmp(buf, "RET") == 0);
|
||||
return true;
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||||
}
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||||
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||||
// ---- 2. 用例 02：BOOL 赋值（TRUE / FALSE → LOADK）----
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static bool test_case02() {
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||||
std::vector<uint8_t> img;
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||||
std::string err;
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||||
CHECK(compile_case("02_bool_assign", &img, &err));
|
||||
|
||||
const isa::ImageView v = isa::ImageView::from(img);
|
||||
CHECK(v.ok());
|
||||
CHECK(v.header().n_funcs == 1);
|
||||
CHECK(v.header().n_consts == 2); // TRUE 与 FALSE
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||||
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||||
const isa::FuncRow r = v.func_row(0);
|
||||
CHECK(r.nregs == 2); // a, b
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||||
CHECK(r.code_len == 3);
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||||
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||||
// 从字节码段取指令（按函数行 code_offset 定位）
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||||
const uint8_t* base = v.code_bytes();
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||||
char buf[64];
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||||
isa::disasm(reinterpret_cast<const uint32_t*>(base)[0], buf, sizeof buf);
|
||||
CHECK(std::strcmp(buf, "LOADK r0, 0") == 0); // a := TRUE（常量 0）
|
||||
isa::disasm(reinterpret_cast<const uint32_t*>(base)[1], buf, sizeof buf);
|
||||
CHECK(std::strcmp(buf, "LOADK r1, 1") == 0); // b := FALSE（常量 1）
|
||||
isa::disasm(reinterpret_cast<const uint32_t*>(base)[2], buf, sizeof buf);
|
||||
CHECK(std::strcmp(buf, "RET") == 0);
|
||||
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||||
// 常量表：0 = BOOL 1，1 = BOOL 0
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||||
const isa::ConstEntry c0 = v.const_entry(0);
|
||||
CHECK(c0.tag == isa::types::Bool && c0.value == 1);
|
||||
const isa::ConstEntry c1 = v.const_entry(1);
|
||||
CHECK(c1.tag == isa::types::Bool && c1.value == 0);
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
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||||
int main() {
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||||
if (!test_case01()) return 1;
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||||
if (!test_case02()) return 1;
|
||||
std::printf("codegen_test: %d checks passed\n", g_checks);
|
||||
return 0;
|
||||
}
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||||
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