# 编译器优化（V2 草案）

> 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；
> 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)。
> 全部内容为草案，未进入实现。

## 1. 定位

| 文档 | 覆盖层 | 内容 |
|---|---|---|
| [`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 |
| **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 |

## 2. V1 现状（已实现的编译策略）

### 2.1 POU 调用方式（三种）

| 对象 | V1 处理 | 理由 | 代价 |
|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| 内建 FB | `CAL_*` 指令（VM 原语） | 定时器/计数器在 VM 侧 | 无 |

### 2.2 其他编译策略（V1 冻结）

- **短路求值必须编跳转**：`AND`/`OR` 禁止两边都算（`JF(AND)/JT(OR) rd, L_end`）
- **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)`）
- **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`
- **跳转留洞回填**：`patch_jump`（相对下一条：目标 = 当前 + 1 + off）
- **常量统一进常量表**：`const_id` = 首次出现序，去重
- **空条件寄存器**：r0 恒 0（`enc_jmp` 用）；一元负号 = `SUB rd, r0, t`
- **IF/WHILE 模式**：`JF` 跳 else、`JMP` 连 end、`WHILE` 回跳循环头

## 3. V2 编译器侧变更（对应指令集优化）

### 3.1 FB 共享体（基址寻址）——消除内联膨胀

- **现状问题**：FB 每调用一次复制一份体，字节码膨胀
- **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
- 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
- **待确认**：见指令集优化.md §4 项 9（推荐实施）

### 3.2 类型驱动语义（type 位段红利）

- 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）
- 读取按宽度 + 符号/零扩展（`slot_read(addr, width, signed)`）
- 常量表 tag = type 位段值（0..15），REAL=14 / LREAL=15 存位模式

### 3.3 槽表/值区布局（codegen 职责）

- **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）
- **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
- 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）

### 3.4 变长指令对 codegen 的影响

- **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
- 发射器（E_*）按 fmt 决定长度组（4/8/16B），指令缓冲按字节追加
- 取指/对齐：code 段 16 字节对齐

### 3.5 类型系统扩展（ST 层）

- 12 个 IEC 整数类型 + REAL/LREAL 进关键字（全量支持：声明即可用）
- 类型检查：**隐式升宽**允许（SINT→INT→DINT→LINT、BYTE→WORD→…）、降宽禁止
- 浮点字面量（`1.5`、`-2.5e3`）v1 是否支持——待确认

## 4. 待确认（引用指令集优化.md §4 中编译器相关项）

| 项 | 问题 | 推荐 |
|---|---|---|
| 4 | I/Q/M 六条 LOAD/STORE 合并为两条 | 合并 |
| 5 | 结构体 v1 只留编码不实现语法 | 预留 |
| 6 | ST 层类型全量支持（12 类型名进关键字） | 全量 |
| 7 | 隐式升宽允许、降宽禁止 | 按此 |
| 8 | 字面量：十进制 only（含浮点字面量） | 十进制 |
| 9 | FB 共享体：基址寻址指令实施 | 实施 |
| 10 | REAL/LREAL 引入后 type:4 满编 | 满编（结构体走元数据） |

## 5. 影响面（编译器侧）

| 子模块 | 改动 |
|---|---|
| Lexer | 类型关键字扩展（14 → 16+）、浮点字面量（若确认） |
| Parser | 类型引用、字面量 AST |
| Typecheck | 隐式升宽规则、16 类型元数据 |
| Linker | 槽表条目分配（addr:u32）、FB 实例字段偏移 |
| 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 |
| MachineConfig / machine.toml | type 表 16 条（base/width/signed/tag）、fmt/type 位段互锁校验 |

## 6. 实施阶段（合并进指令集优化.md §6）

- 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
- FB 共享体（§3.1）若确认实施，并入阶段 3 的 Codegen 子步骤

## 7. 决策历史

- 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
- 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）