编译器架构的王者LLVM——(8)函数的调用及基本运算符

LLVM平台,短短几年间,改变了众多编程语言的走向,也催生了一大批具有特色的编程语言的出现,不愧为编译器架构的王者,也荣获2012年ACM软件系统奖 —— 题记

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函数的调用及基本运算符

之前我们提到了函数的定义,那么,定义好的函数如何调用才行呢?今天我们就来了解一下,函数的调用。

函数调用的宏形式

我们去读之前对函数调用的语法树翻译形式:

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printf("%d\n", y);

会被翻译为:

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Node
String call
String printf
String %d\n
ID y

这个宏的名字是call,是个不定参数的:

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(call 函数名 参数表... )

于是我们就需要扫描参数表,获取全部调用参数。

调用宏的基本形式

调用宏其实很简单,就是不断循环判断有多少参数即可。

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static Value* call_macro(CodeGenContext* context, Node* node) {
// 参数一 函数名

// 其余参数 要传入的参数
for (Node* p = node->getNext(); p != NULL; p = p->getNext()) {
// 循环获取参数
}
}

另外我们查阅一下LLVM的文档,找到其中CallInst这个指令,LLVM的指令都派生自Instruction,可以发现构建的方法很简单:

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static CallInst * Create (Value *Func, ArrayRef< Value * > Args, const Twine &NameStr, BasicBlock *InsertAtEnd)

但是我们发现,Value中要传输的是一个Function对象,如何获取呢?当然还是从符号表中获取,我们下次会讲符号表的实现,这次也和上节一样,将接口先写出来。

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// 参数一 函数名
Value* func = context->getFunction(node);
if (func == NULL) {
errs() << "找不到函数的定义:";
errs() << node->getStr().c_str() << "\n";
exit(1);
}

函数调用在生成时,如果这个函数还没有被扫描到,那么在生成时会报函数定义找不到的问题,这就是我们为什么要用多遍扫描。只有充分的多次扫描语法树,才能获取每个函数后面的函数定义。虽然像C语言那样强制声明也可以,但我个人不大喜欢这种风格。

至于参数的获取,就十分简单的,但有一点要注意,参数是递归生成的,例如:

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printf("%d", add(3, 5));

这时,我们在获取参数时,就会发现,其中一个参数是表达式,那么我们就要先对其进行处理:

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// 其余参数 要传入的参数
std::vector<Value*> args;
for (Node* p = node->getNext(); p != NULL; p = p->getNext()) {
Value* v = p->codeGen(context); // 递归地生成参数
if (v != NULL)
args.push_back(v);
}

Node类下面有实现codeGen方法,其作用就是重新调用了完整的对当前节点的代码生成,方便递归调用:

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Value* Node::codeGen(CodeGenContext* context) {
return context->MacroMake(this); // MacroMake是核心的代码生成接口
}

于是我们递归地生成了这些代码,就可以产生一条Call语句,那么别忘记将其返回给上一层:

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static Value* call_macro(CodeGenContext* context, Node* node) {
// 参数一 函数名
Value* func = context->getFunction(node);
if (func == NULL) {
errs() << "找不到函数的定义:";
errs() << node->getStr().c_str() << "\n";
exit(1);
}

// 其余参数 要传入的参数
std::vector<Value*> args;
for (Node* p = node->getNext(); p != NULL; p = p->getNext()) {
Value* v = p->codeGen(context);
if (v != NULL)
args.push_back(v);
}

CallInst *call = CallInst::Create(func, args, "", context->getNowBlock());
return call;
}

简单运算符计算

对于计算机,加减乘除这些基本运算,就是几个指令而已,但对于编译器,却也要分好几种情况讨论,因为,全部的运算符有这么多:

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// Standard binary operators...
FIRST_BINARY_INST( 8)
HANDLE_BINARY_INST( 8, Add , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST( 9, FAdd , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(10, Sub , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(11, FSub , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(12, Mul , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(13, FMul , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(14, UDiv , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(15, SDiv , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(16, FDiv , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(17, URem , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(18, SRem , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(19, FRem , BinaryOperator)

// Logical operators (integer operands)
HANDLE_BINARY_INST(20, Shl , BinaryOperator) // Shift left (logical)
HANDLE_BINARY_INST(21, LShr , BinaryOperator) // Shift right (logical)
HANDLE_BINARY_INST(22, AShr , BinaryOperator) // Shift right (arithmetic)
HANDLE_BINARY_INST(23, And , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(24, Or , BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(25, Xor , BinaryOperator)

这些定义很难找,在文档中并没有真正写出来,而是在头文件的llvm/IR/Instruction.def里面,这是宏定义的专属部分。
这些还仅仅是数值运算,还不算比较运算的部分呢。

当然,这和计算机体系结构有关,浮点数的运算和整数肯定是不一样的,而我们知道,右移位也分算数右移和逻辑右移。所以必然,会有大量不同的运算符。

创建指令则很简单:

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static BinaryOperator * Create (BinaryOps Op, Value *S1, Value *S2, const Twine &Name, BasicBlock *InsertAtEnd)

两个运算数,可以是常量,也可以是变量load出值后,还可以是表达式返回值,只要两个Value调用getType,符合运算规则,就可以。
注意,浮点数不能直接和整数运算,必须先将整形转为浮点才可以。

于是以下是简单的运算符操作,我只写了整数的运算操作:

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static Value* opt2_macro(CodeGenContext* context, Node* node) {
std::string opt = node->getStr();

Node* op1 = (node = node->getNext());
if (node == NULL) return NULL;
Node* op2 = (node = node->getNext());
if (node == NULL) return NULL;

Instruction::BinaryOps instr;
if (opt == "+") { instr = Instruction::Add; goto binOper; }
if (opt == "-") { instr = Instruction::Sub; goto binOper; }
if (opt == "*") { instr = Instruction::Mul; goto binOper; }
if (opt == "/") { instr = Instruction::SDiv; goto binOper; }

// 未知运算符
return NULL;

binOper:
return BinaryOperator::Create(instr, op1->codeGen(context),
op2->codeGen(context), "", context->getNowBlock());

附:文档参考及源代码

CallInst类参考
BinaryOperator类参考
github源码-函数调用及基本运算符