规划 12.8 寄存器码：存储布局、指令模式、8 片执行计划。

- 寄存器码.md：帧/数据区布局（FB 实例块持久化）、短路编跳转、函数帧约定（结果 r0） - 用户 FB 调用内联展开定案；内建 CAL_TON/TOF/CTU - 8 片计划：骨架→I/Q/M→短路→IF→WHILE→算术→CALL→FB+line1 全链路 - 索引.md 登记
2026-08-21 11:30:43 +08:00
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+# 寄存器码（12.8）
+
+compiler 模块的代码生成。输入：`Project` + `Unit`（AST）+ `LinkResult`；输出：`.stb` 映像字节（`std::vector<uint8_t>`）。全工程定案见 [`初步计划.md`](../初步计划.md) 12.8，指令/映像布局见 [`指令与映像.md`](../isa/指令与映像.md)。
+
+## 做 / 不做
+
+**做**
+
+- 寄存器分配：局部/变量固定寄存器，表达式临时值往后编号，`nregs` 写进函数头
+- 跳转先留洞、后回填；`AND` / `OR` **必须编成跳转**（短路），禁止两边都算
+- 常量表（`LOADK`）、全局/实例槽（`LOAD_GLOBAL` / `STORE_GLOBAL` 等）
+- `CALL fn_id` 有界帧；用户 FB 调用**内联展开**；内建 `CAL_TON` / `CAL_TOF` / `CAL_CTU`
+- 拼装映像：函数表 / 常量表 / 数据段 / 头（`cycle_limit`、`dt_ms`、工程哈希、入口）
+
+**不做（第一版）**
+
+- 图染色、SSA、生命周期分析、优化、异常表、闭包
+- 函数指针、间接跳转、`REAL`
+
+## 存储布局（v1 定案）
+
+| 数据 | 放哪 | 说明 |
+|---|---|---|
+| PROGRAM / FUNCTION 标量变量与临时 | **寄存器**（函数帧） | 每周期帧保留由 VM 负责（12.9） |
+| FB 实例（任意 POU 内声明） | **数据区实例块**（绝对地址） | 状态跨周期持久 |
+| 全局（含 I/Q/M） | 数据区（声明序） | 12.6 已定槽号 |
+
+- **数据区** = 全局块（声明序，按对齐规则：BOOL 1B / INT 2B / TIME 8B，起点对齐自身宽度）→ FB 实例块（按实例声明序，各块按类型布局大小、8 字节对齐）
+- **指令 slot = 数据区字节偏移**（u16）；符号表 `address` 保持逻辑槽号（12.6 冻结），编译时做 槽号 → 偏移 映射
+- 字段访问 `fb.Q`：`LOAD_GLOBAL rd, <实例基址+字段偏移>`（编译期算死）；I/Q/M 用 `LOAD_I` / `STORE_Q` / `LOAD_M` / `STORE_M` 同槽号
+- 函数帧寄存器：`FUNCTION` 结果固定 **r0**，`VAR_INPUT` 从 r1 起按声明序，`VAR` 续后；PROGRAM / FB 变量从 r0 起按声明序
+
+## 寄存器分配
+
+- 局部变量固定占用前段（0..k-1）
+- 表达式临时从 k 起，**语句内递增、语句结束复用基址**（不分析生命周期）
+- `nregs` = 全函数临时峰值 + 1
+
+## 表达式与语句的指令模式
+
+```text
+字面量     LOADK rd, const_id
+变量读     LOAD_GLOBAL/LOAD_I/LOAD_M rd, slot        （或帧内 MOVE）
+字段读     LOAD_GLOBAL rd, <基址+偏移>
+函数调用   <实参求值 → 参数寄存器>  CALL fn_id  MOVE rd, r0
+
+NOT       <operand → t>  NOT rd, t
+AND/OR    短路（必须跳转）：
+          <lhs → rd>  JF(AND)/JT(OR) rd, L_end
+          <rhs → t>   MOVE rd, t
+          L_end:
+比较      <l→t1> <r→t2>  CMP_xx rd, t1, t2
+算术      <l→t1> <r→t2>  ADD/SUB/MUL/DIV rd, t1, t2
+负号      <operand → t>  SUB rd, r0, t               （0 - t，r0 恒 0）
+
+IF        <cond → t>  JF t, L_else
+          <then body>  JMP L_end
+          L_else: (ELSIF 逐级) <elsif cond → t> JF t, L_next ...
+          L_end:
+WHILE     L_loop: <cond → t>  JF t, L_end  <body>  JMP L_loop  L_end:
+
+FB 调用（用户，内联展开）：
+          <每个实参求值 → 临时>  STORE_GLOBAL <实例基址+字段偏移>, 临时
+          <内联体：读输入字段、算输出、写输出字段>
+内建      实参同左 → CAL_TON/CAL_TOF/CAL_CTU <实例偏移>
+```
+
+- 常量统一进常量表（BOOL / INT / TIME），`const_id` = 首次出现序
+- 空条件寄存器约定：`r0` 恒 0（`enc_jmp` 用），`SUB rd, r0, t` 实现取负
+
+## 用户 FB 调用内联（v1 定案）
+
+FB 体共享会与「绝对字段地址」冲突（不同实例基址不同），v1 选择**调用点内联展开**：
+
+- 调用点：实参写入该实例字段 → 内联该 FB 的函数体（字段地址按本实例基址算死）→ 字段读取自然可用
+- 代价：字节码随调用点数膨胀；v1 规模可接受；以后可升级为「基址寄存器寻址」指令
+- FB 无递归、无动态实例，内联安全
+
+## 映像拼装
+
+```text
+函数表：收集序 fn_id → { nregs, code_offset(相对字节码段), code_len }
+常量表：const_id → { tag, value }
+数据段：全局 + 实例块（见上）
+头：cycle_limit / dt_ms / 工程哈希（12.3）/ entry=MAIN fn_id / n_globals / n_i=n_q=n_m=0
+```
+
+- 用 `isa` 的 `enc_*` 编码指令、`ImageView` 校验回读
+- 工程哈希用 12.3 的 `compute_project_hash`
+
+## 错误
+
+稳定前缀 `codegen error`：
+
+```text
+codegen error: register overflow (>256) in function 'f'
+codegen error: constant table overflow
+codegen error: slot out of range
+```
+
+## 完成标准
+
+1. `line1` 能写出映像（函数字节码 + 全局/FB 槽 + 工程哈希），`ImageView` 校验通过
+2. 跳转回填无悬空（disasm 抽查）
+3. 用例 1～9、13、15、17、18、20 编译出映像；负例（10/11/12/14/16/19）仍在前层被拒
+4. 全部构建 + `ctest` 无回归
+
+---
+
+## 执行计划（8 片，每片验证编译产物）
+
+1. **`Codegen.h`（新建）+ `Codegen.cpp` 骨架**：帧/槽/常量表/指令缓冲/回填基础设施；`MOVE` `LOADK` `RET` → 用例 1、2 出映像
+2. **全局与 I/Q/M**：`LOAD_I` / `STORE_Q` / `LOAD_M` / `STORE_M` / `LOAD_GLOBAL` / `STORE_GLOBAL`（用例 9）
+3. **`NOT` + 短路 `AND` / `OR`**（用例 3，断言产物含跳转）
+4. **`CMP_*` + `JMP` / `JT` / `JF` → `IF`**（用例 4）
+5. **`WHILE`**（用例 5；`cycle_limit` 进映像头）
+6. **`ADD/SUB/MUL/DIV` + TIME 常量**（用例 7、8）
+7. **`CALL fn_id` + 有界帧**（用例 13）
+8. **FB 实例块 + 字段偏移；内联用户 FB；`CAL_TON` / `CAL_TOF` / `CAL_CTU`**（用例 15、17、18、20 line1 全链路）
+
+每片配 `codegen_test` 断言（nregs / 指令序列 disasm / 回填 / 常量表 / 数据区）；最终 `ctest` 9/9。