精五真言生成實作

Author: MROS

book/零．一版/精五真言生成.md

@@ -170,3 +170,146 @@ sd t0, 0(sp)      # sd 將 64 位元 t0 存到棧頂
 	add t0, t0, t1
 	sd t0, 0(sp)
 ```
+
+## 實作
+以下展示一份精五真言生成的實作。
+
+這是生成器的定義，其接收一個語法樹，把精五真言輸入到真言檔。變數集可以在符號檢查時取得。
+```rust
+pub struct Ｏ真言生成器 {
+    真言檔: File,
+    語法樹: Ｏ語法樹,
+    變數集: HashSet<String>,
+}
+
+impl Ｏ真言生成器 {
+
+    pub fn 生成(&mut self) -> io::Result<()> {
+        self.生成數據段()?;
+        self.生成代碼段()
+    }
+
+	...
+}
+```
+真言生成分為「數據段」跟「代碼段」分開實作。
+
+### 數據段（變數儲存）
+
+數據段的生成頗為簡單，為每個變數在 `.section .data` 製造一相應的標籤，以 `.quad` 指定 64 位元空間。
+
+```rust
+fn 生成數據段(&mut self) -> io::Result<()> {
+	writeln!(self.真言檔, ".section .data")?;
+	self.生成變數標籤()
+}
+fn 生成變數標籤(&mut self) -> io::Result<()> {
+	for 變數 in &self.變數集 {
+		writeln!(self.真言檔, "{}:", 變數)?;
+		// 初始值為 0
+		// 初始值是多少不重要，通過符號檢查，代表每個變數使用前都會先賦值
+		writeln!(self.真言檔, "\t.quad 0")?;
+	}
+	self.換行()
+}
+```
+
+### （代碼段）運算
+
+代碼段就相對複雜許多，原理已在前文解釋，道友們可閱讀註解來幫助理解。
+
+這裡並沒有真的先轉換到後序表示法再生成代碼，而是對算術樹做後序遍歷的同時就把代碼給生成了。
+
+```rust
+fn 生成代碼段(&mut self) -> io::Result<()> {
+	writeln!(self.真言檔, ".section .text")?;
+	// 編譯器會將某些 .data 段的變數存放到 .sdata 段
+	// .sdata 段的數據可以直接用 gp 暫存器的相對位址得到
+	// 會快一個指令，但 gp 初始化需要導引
+	// 因此此處採用 main 而非 _start
+	// gcc 編譯時不加 -nostdlib 參數，讓 gcc 生成 _start 協助引導
+	writeln!(self.真言檔, ".global main")?;
+	self.換行()?;
+	writeln!(self.真言檔, "main:")?;
+	let 語法樹 = &self.語法樹;
+
+	for 句 in &語法樹.句 {
+		match 句 {
+			Ｏ句::變數宣告(變數宣告) => Self::賦值(&mut self.真言檔, &變數宣告)?,
+			Ｏ句::算式(算式) => Self::計算(&mut self.真言檔, &算式)?,
+		}
+	}
+	writeln!(self.真言檔, "# 結束")?;
+	writeln!(self.真言檔, "\tli a7, 93")?; // RISCV Linux 中 exit 系統呼叫編號是 93
+	writeln!(self.真言檔, "\tmv a0, t0")?; // a0 = t0
+	writeln!(self.真言檔, "\tecall")?; // 執行系統呼叫 exit(t0)
+	Ok(())
+}
+
+fn 賦值(真言檔: &mut File, 變數宣告: &Ｏ變數宣告) -> io::Result<()> {
+	Self::計算(真言檔, &變數宣告.算式)?;
+	writeln!(真言檔, "# 賦值給 {}", &變數宣告.變數名)?;
+	writeln!(真言檔, "\tsd t0, {}, s1", &變數宣告.變數名) // 存入變數所在記憶體
+}
+
+// 計算結束後，結果置於 t0
+fn 計算(真言檔: &mut File, 算式: &Ｏ算式) -> io::Result<()> {
+	match 算式 {
+		Ｏ算式::二元運算(二元運算) => {
+			Self::計算(真言檔, 二元運算.左.as_ref())?;
+			Self::計算(真言檔, 二元運算.右.as_ref())?;
+			Self::二元運算(真言檔, &二元運算.運算子)
+		}
+		Ｏ算式::數字(數) => Self::數字入棧(真言檔, 數),
+		Ｏ算式::變數(變數) => Self::變數入棧(真言檔, 變數),
+	}
+}
+// 結束時，t0 = 數
+fn 數字入棧(真言檔: &mut File, 數: &i64) -> io::Result<()> {
+	writeln!(真言檔, "# {} 入棧", 數)?;
+
+	writeln!(真言檔, "\taddi sp, sp, -8")?; // 增加棧 64 位元的空間
+	writeln!(真言檔, "\tli t0, {}", 數)?; // 將 t0 設為「數」
+	writeln!(真言檔, "\tsd t0, 0(sp)") // t0 放入棧頂
+}
+// 結束時，t0 = 變數
+fn 變數入棧(真言檔: &mut File, 變數: &String) -> io::Result<()> {
+	writeln!(真言檔, "# 變數「{}」入棧", 變數)?;
+
+	writeln!(真言檔, "\taddi sp, sp, -8")?; // 增加棧 64 位元的空間
+	writeln!(真言檔, "\tld t0, {}", 變數)?; // t0 = *(i64*)變數
+	writeln!(真言檔, "\tsd t0, 0(sp)") // t0 放入棧頂
+}
+// 結束時，t0 = 二元運算結果
+fn 二元運算(真言檔: &mut File, 運算子: &Ｏ運算子) -> io::Result<()> {
+	writeln!(真言檔, "# {:?}", 運算子)?;
+
+	writeln!(真言檔, "\tld t1, 0(sp)")?; // t1 = 棧頂
+	writeln!(真言檔, "\taddi sp, sp, 8")?; // 縮小棧
+	writeln!(真言檔, "\tld t0, 0(sp)")?; // t0 = 棧頂
+
+	match 運算子 {
+		Ｏ運算子::加 => {
+			writeln!(真言檔, "\tadd t0, t0, t1")?;
+		}
+		Ｏ運算子::減 => {
+			writeln!(真言檔, "\tsub t0, t0, t1")?;
+		}
+		Ｏ運算子::乘 => {
+			writeln!(真言檔, "\tmul t0, t0, t1")?;
+		}
+		Ｏ運算子::除 => {
+			writeln!(真言檔, "\tdiv t0, t0, t1")?;
+		}
+	}
+
+	writeln!(真言檔, "\tsd t0, 0(sp)") // t0 放入棧頂
+}
+```
+
+### 組譯執行
+
+```
+riscv64-unknown-elf-gcc {{target}}.S  # 不加 -nostdlib 參數
+qemu-riscv64 a.out
+```