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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。 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/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 定案：LOAD/STORE rd, slot, off32（16B 长度组，SLOT+off 形态）即基址寻址——结构体字段与 FB 共享体字段同一指令（LOADF 已取消）；FB 体编译一次，运行时按实例槽 + 编译期算死的字段偏移定位
• 收益：字节码不再随调用点膨胀；代价：每次字段访问多一个偏移操作数

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）

3.3b 调用栈与递归（U10 方案 C）

• 递归 = 编译期错误：链接层对 FUNCTION 调用图做环检测（自调用/循环调用）→ link error: recursive call（V1 用例 19 已是负例，V2 明确为编译期错误）
• max_stack 计算（链接层/Codegen 职责）：无环调用图 → 最坏调用路径 Σ(帧头 12B + 各函数 nregs×8)，写入映像头 @116
• VM 按 max_stack 预分配栈区（运行期零分配）；溢出双检查（字节 + 深度 64）

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_*）按前缀分区决定长度组（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）

• 19 个 IEC 基础类型（BOOL + 位串 4 + 有符号 4 + 无符号 4 + TIME + REAL/LREAL + DATE/TOD/DT）全量进关键字（声明即可用）
• 进制前缀：2#/8#/16# 字面量 + 浮点十进制字面量（1.5、-2.5e3）
• 类型检查：禁止隐式变量转换（赋值/比较/算术类型严格一致，编译期报错）；字面量按上下文适配（5 可赋 INT/REAL/DINT，编译期解释）；显式转换函数 v1 不做
• 进制字面量默认类型归属与适配细则 → 指令集优化.md §4 项 A9

4. 已定案（编译器相关）

项	定案
I/Q/M	六条合并为 LOAD/STORE 两条（单一值区，语义标签交给 sidecar）
结构体	v1 只留编码（LOAD/STORE 16B 变体 + 元数据段），语法不实现
ST 层类型	19 类型名全量进关键字
类型转换	禁止隐式变量转换；字面量按上下文适配
字面量	进制前缀 2#/8#/16# + 浮点十进制
FB 共享体	实施（16B 变体 = 基址寻址）

仍待闭合的细节见指令集优化.md §4（A1..A10，编译器相关：A5 算术语义 / A6 sidecar / A8 machine.toml schema / A9 字面量类型推断）。

5. 影响面（编译器侧）

子模块	改动
Lexer	类型关键字扩展（19）、进制前缀 + 浮点字面量
Parser	类型引用、字面量 AST
Typecheck	禁隐式转换（严格一致）+ 字面量上下文适配、19 类型元数据
Linker	槽表条目分配（addr:u32）、FB 实例字段偏移、调用图环检测（递归报错）+ max_stack 计算
Codegen	E_* 变长发射、字节化回填、槽表+值区 layout、FB 共享体（16B 变体）
MachineConfig / machine.toml	type 表 19 条（base/width/signed/tag）、前缀分区/func 位段校验

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 已定案）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（已定案）
• 类型扩展：19 IEC 基础类型（type:5）；禁隐式转换 + 字面量适配；进制前缀定案