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# 编译器优化（V2 草案）
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> 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；
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> 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)。
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> 全部内容为草案，未进入实现。
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## 1. 定位
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| 文档 | 覆盖层 | 内容 |
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| [`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 |
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| **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 |
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## 2. V1 现状（已实现的编译策略）
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### 2.1 POU 调用方式（三种）
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| 对象 | V1 处理 | 理由 | 代价 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 内建 FB | `CAL_*` 指令（VM 原语） | 定时器/计数器在 VM 侧 | 无 |
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### 2.2 其他编译策略（V1 冻结）
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- **短路求值必须编跳转**：`AND`/`OR` 禁止两边都算（`JF(AND)/JT(OR) rd, L_end`）
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- **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)`）
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- **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`
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- **跳转留洞回填**：`patch_jump`（相对下一条：目标 = 当前 + 1 + off）
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- **常量统一进常量表**：`const_id` = 首次出现序，去重
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- **空条件寄存器**：r0 恒 0（`enc_jmp` 用）；一元负号 = `SUB rd, r0, t`
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- **IF/WHILE 模式**：`JF` 跳 else、`JMP` 连 end、`WHILE` 回跳循环头
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## 3. V2 编译器侧变更（对应指令集优化）
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### 3.1 FB 共享体（基址寻址）——消除内联膨胀
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- **现状问题**：FB 每调用一次复制一份体，字节码膨胀
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- **V2 定案（已实施，2026-08-26 阶段5）**：FB 编译为**独立共享函数**，调用点 `LOADK r1, c(实例地址)` + `CALL`；函数体内字段访问用 `LOAD_PTR/STORE_PTR rd, r1, off`（16B RS+off 形态，寄存器基址 + 偏移）——同一实例可被多个调用点复用；字段偏移编译期算死
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- 收益：字节码不再随调用点膨胀（多实例共享一份函数体）；VAR_TEMP 落 FB 帧寄存器天然每调用重置；代价：每次字段访问多一个偏移操作数
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### 3.2 类型驱动语义（type 位段红利）
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- 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）
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- 读取按宽度 + 符号/零扩展（`slot_read(addr, width, signed)`）
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- 常量表 tag = type 位段值（0..15），REAL=14 / LREAL=15 存位模式
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### 3.3 槽表/值区布局（codegen 职责）
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- **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）
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- **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
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- 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）
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### 3.3b 调用栈与递归（U10 方案 C）
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- **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）
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- **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
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- 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）
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### 3.4 变长指令对 codegen 的影响
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- **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
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- 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
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- 取指/对齐：code 段 16 字节对齐
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### 3.5 类型系统扩展（ST 层）
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- **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）
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- **进制前缀**：`2#`/`8#`/`16#` 字面量 + 浮点十进制字面量（`1.5`、`-2.5e3`）
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- 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
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- 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
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## 4. 已定案（编译器相关）
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| 项 | 定案 |
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| I/Q/M | 六条合并为 LOAD/STORE 两条（单一值区，语义标签交给 sidecar） |
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| 结构体 | v1 只留编码（LOAD/STORE 16B 变体 + 元数据段），语法不实现 |
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| ST 层类型 | 19 类型名全量进关键字 |
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| 类型转换 | 禁止隐式变量转换；字面量按上下文适配 |
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| 字面量 | 进制前缀 2#/8#/16# + 浮点十进制 |
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| FB 共享体 | 实施（16B 变体 = 基址寻址） |
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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）。
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## 5. 影响面（编译器侧）
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| 子模块 | 改动 |
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| Lexer | 类型关键字扩展（19）、进制前缀 + 浮点字面量 |
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| Parser | 类型引用、字面量 AST |
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| Typecheck | 禁隐式转换（严格一致）+ 字面量上下文适配、19 类型元数据 |
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| 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** |
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| Codegen | E_* 变长发射、字节化回填、槽表+值区 layout、FB 共享体（16B 变体） |
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| MachineConfig / machine.toml | type 表 19 条（base/width/signed/tag）、前缀分区/func 位段校验 |
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## 6. 实施阶段（合并进指令集优化.md §6）
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- 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
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- FB 共享体（§3.1 已定案）并入阶段 3 的 Codegen 子步骤
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## 7. 决策历史
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- 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
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- 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）
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- V2 实施（2026-08-26）：FB 共享体落地——LOAD_PTR/STORE_PTR（RS+off）+ FB 函数化（r1 实例指针），内联机制退役
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- 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
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