# 符号表与链接（12.6）

compiler 模块的符号收集与链接。输入：`Project`（toml）+ 各 `.st` 文件的 `Unit`（AST，见 [`语法.md`](语法.md)）；输出：链接结果（全局槽表、POU 符号表、函数表、FB 实例布局）。全工程定案见 [`初步计划.md`](../初步计划.md) 12.6。

## 做 / 不做

**做**

- 先扫完全部文件再解析引用（禁止边解析边执行）
- 全局收集：仅 `gvl.file` 顶层 `VAR_GLOBAL`，声明顺序 = 全局槽顺序
- `VAR_EXTERNAL` 接已有槽，种类/类型一致，不是新变量
- `FUNCTION` 标无状态；`FUNCTION_BLOCK` 必须先有实例才能调用
- `CALL` 目标解析成 `fn_id`（立即数），无函数指针
- 校验：同名全局、未声明 `io.var`、重复 POU 名、未声明 FB 实例、函数循环调用 → 失败
- FB 实例布局：按类型算字段清单（输入/输出/内部；内建 FB 15 条字段来自 machine.toml `[[fb]]` 表，编译期按 1/2/4/8 对齐计算偏移）

**不做（第一版）**

- 寄存器分配（12.8）、类型检查（12.7）
- 多 GVL 文件、I/Q/M 与全局分槽（v1 **单一数据区**，见下）

## 数据区定址（V2 定案）

- **槽表两级**：全部全局（含 I/Q/M）与 FB 实例统一编槽号（0..n-1）；槽表条目（8B：addr:u32 + 预留）指向**值区**字节偏移；值区按变量类型紧凑变宽（1/2/4/8 对齐）
- 全局按 `globals.st` 声明顺序编槽；**FB 实例 = 1 个槽表条目**，字段走 `LOAD_OFF` / `STORE_OFF` 实例槽 + 编译期算死的字段偏移
- 映像头 `n_globals` = 全局声明总数；`n_i` / `n_q` / `n_m` = 0（第一版不拆，见 [`初步计划.md`](../初步计划.md) 5.1）
- 访问统一 `LOAD` / `STORE`（+ `LOAD_OFF` / `STORE_OFF`），无 I/Q/M 专用操作码
- io 绑定（toml）只负责 channel/bit → 槽号映射（sidecar），不创造变量

## 符号表一行

```cpp
enum class SymbolKind { Global, External, Local, Input, Output, Pou, FbInstance, Const };

struct Symbol {
    SymbolKind kind;
    std::string name;       // 小写
    std::string type_name;  // bool / int / time / fb 类型名（小写）
    uint32_t address;       // 全局槽号（Global/External）；POU 局部暂 0（12.8 分配）
    std::string source_file;
    uint32_t line, col;
};
```

`kind` 与 12.1 冻结表一致：`global` / `external` / `local` / `input` / `output` / `pou` / `fb_instance` / `const`（`const` 本期未用，保留）。

## 链接流程

```text
1. 收集导出
   遍历全部文件：
   - 顶层 globals：仅 gvl.file 允许；同名 → duplicate global；声明顺序编槽号
   - POU 导出：program / function / fb 名登记；重复 → duplicate POU
2. 逐 POU 建局部符号
   VAR / VAR_INPUT / VAR_OUTPUT → local / input / output
   VAR_EXTERNAL            → 查全局表，必须存在、类型一致 → External（同一槽）
   POU 内 VAR_GLOBAL       → error（仅 gvl 顶层允许）
3. 语句引用解析
   - FB 调用 instance(...)     → 局部表查实例，类型必须是 FB → 否则 undeclared FB instance
   - 字段读 fb.field          → 实例类型有该字段（用户 FB 的 input/output；内建固定字段）
   - VarRef / 赋值左值         → 局部表或全局表查得到 → 否则 undeclared identifier
   - 函数调用 fn(...)         → POU 表查得到且是 FUNCTION → 记依赖边；FUNCTION 不得调用 PROGRAM/FB
4. 循环调用检测
   函数依赖图 DFS 找环 → recursive call（用例 19）
5. io 校验
   io.var 必须在全局表 → 否则 io.var not in GVL（用例 12）
6. 输出
   全局表 / POU 符号表 / 函数表（fn_id 按收集序）/ FB 实例布局
```

## FB 实例布局

- 用户 FB：字段 = 全部 `VAR_INPUT` + `VAR_OUTPUT` + `VAR`（内部），按声明段序排
- 内建 FB 15 条（`compiler/machine.toml` `[[fb]]` 表驱动，fb_id 0..14）：

| fb_id | FB | 字段（名 → 类型） |
|---|---|---|
| 0 | TON | in BOOL, pt TIME, q BOOL, et TIME |
| 1 | TOF | 同 TON |
| 2 | TP | 同 TON |
| 3 | CTU | cu BOOL, r BOOL, pv INT, q BOOL, cv INT |
| 4 | DCTU | cu BOOL, r BOOL, pv DINT, q BOOL, cv DINT |
| 5 | CTD | cd BOOL, ld BOOL, pv INT, q BOOL, cv INT |
| 6 | DCTD | cd BOOL, ld BOOL, pv DINT, q BOOL, cv DINT |
| 7 | CTUD | cu BOOL, cd BOOL, r BOOL, lu BOOL, pv INT, qu BOOL, qd BOOL, cv INT |
| 8 | DCTUD | cu BOOL, cd BOOL, r BOOL, lu BOOL, pv DINT, qu BOOL, qd BOOL, cv DINT |
| 9 | R_TRIG | clk BOOL, q BOOL |
| 10 | F_TRIG | clk BOOL, q BOOL |
| 11 | SR | S1 BOOL, R BOOL, Q1 BOOL |
| 12 | RS | SET BOOL, RESET1 BOOL, Q1 BOOL |
| 13 | PWM | in BOOL, pt TIME, duty REAL, q BOOL, et TIME |
| 14 | RTC | enable BOOL, date DATE, tod TOD |

- 实例布局 = 类型字段表的一份拷贝（`VAR_TEMP` 不是字段，不持久，编译期映射为帧寄存器 + 每次调用初值装载）；字段偏移编译期按 1/2/4/8 对齐计算（字段类型决定宽度），实例 = 槽表 1 条

## 错误

稳定前缀 `link error`：

```text
link error: duplicate global 'g1' (globals.st, line 4, col 1)
link error: VAR_GLOBAL only allowed in gvl file (other.st, line 2, col 1)
link error: io.var 'Nope' not in GVL (project.toml)
link error: undeclared FB instance 'starter' (main.st, line 4, col 5)
link error: recursive call involving 'a' (main.st, line 2, col 4)
link error: undeclared identifier 'x' (main.st, line 3, col 3)
```

## 完成标准

1. 用例 9（同一槽）、10（非 GVL 写全局）、11（同名全局）、12（io.var 未声明）、16（未声明实例）、19（循环调用）按表变绿
2. 符号表能打印 `name kind type address file`
3. 全部构建 + `ctest` 无回归

---

## 执行计划（单步确认）

1. **`Linker.h`（新建 `compiler/include/compiler/Linker.h`）**：`Symbol`/`SymbolKind` + 链接结果结构 + `link_project` 声明
2. **`Linker.cpp` 前半**：收集导出（gvl 校验 / 全局定槽 / POU 登记）+ 逐 POU 局部符号
3. **`Linker.cpp` 后半**：引用解析（FB 实例 / 字段 / 变量 / 函数）+ 循环检测 + io 校验
4. **`linker_test`（`tests/src/linker_test.cpp` + CMake）**：用例 09/10/11/12/16/19 + 符号表打印断言
5. **验证**：`cmake --build` + `ctest`（新增 `linker_links` 后 7/7 全绿）
6. **提交**：`Linker.h/cpp` + `linker_test` + 文档