Tài liệu Sinh mã ppt

Mục đích và nhiệm vụ -Sinh mã : là giai đoạn cuối của quá trình dịch, sinh mã tốt là rất khó và sinh mã ra thờng gắn với một loại máy tính nào đó.. Sau khi hoàn thành ở mức phân tích, c

III.Sinh mã

1 Mục đích và nhiệm vụ

-Sinh mã : là giai đoạn cuối của quá trình dịch, sinh mã tốt là rất khó

và sinh mã ra thờng gắn với một loại máy tính nào đó

-Tiêu chuẩn quan trọng đối với bộ sinh mã là phải tạo mã đúng, đặt tiêu chuẩn này lên hàng đầu còn giúp cho việc thiết kế xây dựng và bảo trì bộ sinh mã trở nên đinh hớng tốt hơn, dễ thực hiện hơn và tiết kiệm hơn Trong thực tế sinh mã máy đòi hỏi nhiều kinh nghiệm, am hiểu về ngôn ngữ lập trình và kyc thuật máy tính

Sau khi hoàn thành ở mức phân tích, chơng trình dịch chuyển sang giai đoạn sinh mã với đầu vào là chơng trình nguồn ở dạng cây cú pháp hoặc cây mã trung gian

Giai đoạn sinh mã bao gồm :

+ Sinh mã trung gian

+ Tối u mã

+ Sinh mã đích

Chơng trình đích mà chúng ta tạo ra ở đây là chơng trình hợp ngữ Assemble và nghiên cứu phơng pháp sinh mã cho :

+ Lệnh gán

+ Biểu thức số học

+ Cấu trúc điều khiển

2 Dạng mã ba địa chỉ

Dạng mã ba địa chỉ là lênh có dạng :

x := y Operator z Trong đó : x, y, z là các biến hoặc bộ nhớ trung gian

Operator : là toán tử ( phép toán)

- Dạng mã ba địa chỉ là câu lệnh có hai địa chỉ cho toán hạng và một

địa chỉ cho toán tử Nó đợc sử dụng ở bớc sinh mã trung gian

- Mọi biểu thức số học hoặc câu lệnh đều có thể đợc biễu diễn dới dạng mã ba địa chỉ

Ví dụ : Với câu lệnh :

A:= X + Y + Z *150 Mã ba địa chỉ sẽ là : T1:= Z*150

T2:= Y + T1 A:= X + T2

• Các câu lệnh dạng mã ba địa chỉ:

1- Lệnh : X := Y Operator Z : là phép toán số học hai ngôi hoặc phép toán logic

Ví dụ: X:=Y + Z hoặc A: = B and C

2- Lệnh : X:= Operator Y : là phép toán một ngôi , là phép toán lấy số

âm hoặc đảo logic

Ví dụ: X:= -Y hoặc A:= Not B

3- Lệnh : X:= Y là phép gán giá trị Y cho X (X đợc gán bởi Y)

4- Lệnh nháy không điều kiện: Go to Nhan(Pascal) JMP Nhan ( Assemble)

5- Lệnh nháy có điều kiện :

If BT logic then Goto Nhan (Pascal)

JA, JB, JG , JE, JLE, (Assemble)…

6- Các lệnh là lời gọi hàm, gọi thủ tục, lênh lấy chỉ số mã, lấy địa chỉ con trỏ…

3 Các vấn đề của bộ sinh mã

a Đầu vào : là văn bản chơng trình nguồn đã qua giai đoạn phân tích có thể biểu diễn dới dạng cây phân tích

b Đầu ra : Bộ mã của chơng trình đối tợng gồm:

-Một chơng trình hoàn toàn bằng ngôn ngữ máy có thể chạy đợc trên máy tính

-Chơng trình ngôn ngữ máy có thể định vị lại đợc ( có thể chèn, thêm một đoạn mã)

-Chơng trình hợp ngữ Assemble

-Một chơng trình bằng ngôn ngữ lập trình khác

c Quản lý bộ nhớ

-Việc chuyển đổi tơng ứng từ tên biến, tên hằng trong chơng trình nguồn thành địa chỉ dữ liệu trong lúc chạy của chơng trình chính đợc thực hiện phối hợp giữa các phần trớc và phần sinh mã, thông qua bảng

ký hiệu có thể xác định đợc một địa chỉ tơng đối trong miền dữ liệu

d Chọn chỉ thị lệnh

-Tính chất của tập các chỉ thị lệnh xác định mức độ phức tạp của việc chọn chỉ thị lệnh

-Tính thống nhất và tính đầy đủ là nhân tố quan trọng

-Đối với mỗi câu lênh dạng mã ba địa chỉ ta có thể thiết kế bộ khung

để sinh mã cho nó Để khi sinh mã ta chỉ việc sử dụng bộ khung này

để tạo ra mã

VD: Với câu lệnh : X:= Y + Z khung mã của nó là

Mov AL,Y Add AL,Z Mov X,AL Khi sinh mã cho các lệnh A:= B+ C, B:= C+D

Khi đó chỉ cần sử dụng khung mã trên để có đoạn mã, khi đó ta sẽ có

-Sau khi tạo ra đoạn mới ta phải thực hiện tối u bằng cách loại bỏ các mã lênh trung gian mang tính chất chuyển đổi mà không ảnh hởng

đến chơng trình

e Sử dụng thanh ghi

-Các lệnh tính toán đối với thanh ghi thờng nhanh hơn và gọn hơn tính toán với bộ nhớ Do vậy, việc sử dụng thanh ghi có hai vấn đề : + Trong khi dùng thanh ghi ta chọn tập các biến sẽ đợc đặt trong các thanh ghi tại một vị trí của chơng trình

+ Trong giai đoạn gán thanh ghi ta chỉ thị một thanh ghi để lu giá trị một biến tránh trờng hợp gây tranh chấp xung đột

f Máy đích

- Máy đích là máy sẽ chạy chơng trình đích mà bộ sinh mã tạo ra ở

đây ta sử dụng máy thực để mô tả và mã do bộ sinh mã tạo ra là dạng mã Assemble Các câu lệnh có dạng

Operator Đích, nguồn

Trong đó : Operator : là phép xử lý có thể là Mov, Add, Sub, Cmp, Mul, Div, …

Nguồn, đích là các địa chỉ dữ liệu chịu sự tác động của phép xử lý

Đích và nguồn có thể là biến hoặc hằng Nhng tối thiểu phải có sự tham gia của một thanh ghi

4 Sinh mã cho lệnh gán và biểu thức số học

Dựa vào cây cú pháp ( là cây mô tả lệnh gán hoặc biểu thức số học) đợc xây dựng trong quá trình phân tích cú pháp Từ cây này ta dịch sacng mã đích trong quá trình dịch phải tham khảo các ký hiệu trong bảng ký hiệu Ta có thể xem cây cú pháp là cây mã chơng trình trung gian Mà tại nút thứ n trên cây có đoạn mã lênh, kí hiệu là C(n) Khi đó để sinh mã một nút n của cây chúng ta phải ghép các đoạn mã con hoặc cháu theo một trật tự nhất định Trật tự đó là tính từ dới lên

và từ trái qua phải của cây Có ba dạng nút trên cây

Trong đó : Ký hiệu là một nút (cây con) Riêng nút trái của dạng a là một tên biến

VD1: Với lệnh gán A:= < id1> + <id2> + <id3> ta sẽ biểu diễn nh sau :

- Nút dạng a, giá trị cây con bên phải đợc phát cho bên biến bên trái

- Nút dạng b, c, mã lệnh C(n) là giá trị của cây con bên trái công hoặc nhân giá trị cây con bên phải

Để tiện cho việc sinh mã ngời ta quy định bậc của cây

Bậc của nút thứ n trên cây, ký hiệu là b(n)

B(n) ={ 0 nếu n là nút lá

Max (b(ni) )+1 nếu nút n có k con n1,n2, nk i:=1, ,k… VD2: Với ví dụ 1 trên ta có

b(n0) = 1 ; b(n1) = (1+1) = 2 ; b(n2) = (2+1) = 3

a Giải thuật sinh mã cho lệnh gán

Vào: Cây mã trung gian biểu diễn lệnh gán xâu ω

Ra : mã lệnh

Quá trình thực hiện:

Thực hiện bớc 1 hoặc 2 cho nút bậc 0

Bớc 1: + nút thứ j trong bảng ký hiệu giả sử có tên là x thì Cj = x + Nút thứ j trong bảng ký hiệu giả sử có giá trị k thì Ck = k Bớc2: Nút n thuộc các nút : = , +, *, -, /, có C(n) = φ

Bớc 3: nút n là nút dạng a, có 3 con n1, n2, n3, khi đó :

C(n) là : Mov Ri, C(n3) Mov C(n) , Ri

Ri là thanh ghi nào đó

Bớc 4: nút n là nút dạng b, có 3 con n1, n2, n3,

Khi đó C(n) là : Mov Ri, C(n1)

Add Ri , C(n3) Mov C(n) , Ri Bớc 5: Nút n là nút dạng c, có 3 con là n1, n2, n3

Khi đó C(n) là : Mov Ri, C(n1),

Mov Rj , C(n3) Nul Ri

Mov C(n), Ri Với Ri = Ri * Rj

Ri= Work

A :=

<id1> +

<id2> * <id3>

n1

n0

n2

Rj= Byte

VD: Sinh mã cho lệnh gán A:= X + Y + Z *150

Ta có cây mã trung gian là :

Sinh mã :

Bớc 1: + C(n01) = Z , C(n11) = Y , C(n21) = X , C(n31) = A + C(n03) = 150 ,

Bớc 2: Các nút n02, n12, n22, n32 có mã bằng φ

Bớc 3: Nút n0 có 3 con n01 ,n02 ,n03, mã lệnh C(n0 ) là Mov AH,0 ; AL = C(n01)

Mov AL, Z ; BL = C(n03)

Mov BL, 150

Mul BL

Mov Temp1, AL

Bớc 4: Nút n1 có 3 con n11, n12 , n13 mã lệnh C(n1) là : Mov AL, Temp1

Add Al, Y

Mov Temp2, AL

Bớc 4 : Nút n2 có 3 con n21, n22 , n23 mã lệnh C(n) là

Mov AL, Temp2

Add AL, X

Mov Temp3, AL

Bớc 5 : Nút n3 có 3 con n31 , n32 , n33 mã lệnh là

Mov AL, Temp3

Mov A, AL

Vậy mã thu đợc:

Mov AH, 0

Mov Al,Z

Mov BL, 150

Mul BL

Mov Temp1, AL ;1

Mov AL, Temp1 ;2

Add AL, Y

A :=

x +

y +

n2

n1

n3

Z * 150

n0

Mov Temp2, AL ; 3

Mov AL, TEMP2 ;4

Add AL,X

Mov Temp3, AL ;5

Mov AL, Temp3 ;6

Mov A, AL

• Tối u mã :

Ta thấy các cặp lệnh ( 1, 2) ; (3, 4); (5, 6); là d thừa vì vậy ta loại bỏ các lệnh này

Ta có mã lệnh :

Mov AH ,0

Mov AL, Z

Mov BL, 150

Mul BL

Add AL, Y

Add AL, X

Mov A, AL

b.Giải thuật cho sinh mã cho biểu thức số học

Vào : Xâu ω biểu thức số học

Ra : Mã lệnh Assembly

Cấu trúc dữ liệu : Dữ liệu 2 Stack : + 1 Stack toán tử : STT

+ 1 Stack toán hạng : STH và 1 Buffer

Khởi tạo : STT và STH chứa $ (đáy)

Buffer chứa ω$

Repeat {Dựa vào việc phát hiện từ cán và quan hệ u tiên}

- Nếu ký hiệu tiếp đến trong Buffer là toán hạng thì dịch chuyển vào STH

- Nếu ký hiệu tiếp đến trong Buffer là toán tử thì ta so sánh với toán tử ở đỉnh STT Nếu lớn hơn thì dịch chuyển vào STT Ngợc lại nếu nhỏ hơn thì :

Repeat

Gỡ 2 toán hạng ở đỉnh STH

Gỡ 1 toán tử ở đỉnh STT Thực hiện sinh mã cho toán tử và hai toán hạng đó

Đẩy kết quả đó vào STH

Until Độ u tiên ở đỉnh STT < Toán tử tiếp đến trong Buffer dịch chuyển vào STT

- Nếu gặp ngoặc trái thì xem biểu thức trong mã cùng cấp cần sinh mã là xâu mới cần sinh mã, đẩy ngoặc trái vào STT làm đáy mới Với

ký hiệu kết thúc xâu mới là ngoặc phải cùng cấp

- Nếu Buffer rỗng

Gỡ 2 toán hạng ở đỉnh STH

Gỡ 1 toán tự ở đỉnh STT

Sinh mã cho toán tử và 2 toán hạng đó đẩy kết quả vào STH Until STT= φ (rỗng)

Until STT = φ

VD : Sinh mã nhập biểu thức

ω = “ a + b * ( c + d) “

Lập bảng

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

$

$

$+

$+

$+*

$+*(

$+*(

$+*(+

$+*(+

$+*

$+

$

$

$a

$a

$ab

$ab

$ab

$abc

$abc

$abcd

$abt1

$at2

$t3

a+b*(c+d)$

+b*(c+d)$

b*(c+d)$

*(c+d)$

(c+d)$

c+d)$

+d)$

d)$

)$

$

$

$

Dịch chyển STH Dịch chyển STT Dịch chyển STH Dịch chyển STT Dịch chyển STT Dịch chuyển c STH Dịch chyển+ STT Dịch chyểnd STH

Gỡ d,c và gỡ + Mov AL, d Add AL, c Mov t1,AL Push (t1,STH)

Gỡ T1,b; Gỡ * Mov AH, 0 Mov AL, t1 Mov BL,b Mul BL Mov t2, AX Push (t2, STH)

Gỡ t2, a; gỡ + Mov AX, t2 Add AX, a Mov t3, AX Push (t3, STH) Dừng

Mã thu đợc là

Mov AL, d

Add AL, c

Mov t1, AL

Mov AH, 0

Mov AL, t1

Mov BL, b

Mul BL

Mov t2, AX

Mov AX, t2

Add AX, a

Mov t3, AX

Mov AL, d

Add AL, c

Mov AH, 0

Mov BL, b

Mul BL

Add AX, a

Mov t3, AX

5 Sinh m· cho c¸c cÊu tróc ®iÒu khiÓn

RÏ nh¸nh : + RÏ 2 nh¸nh : - if then…

- if then else… … + RÏ nhiÒu nh¸nh : - Case of and… …

- Case of else and… … … LÆp : + While do…

+ Repeat Until…

Mét sè vÝ dô :

VD1: Sinh m· cho ®o¹n ch¬ng tr×nh sau:

1) If a>b then a: = a-b

2) If a+b >c then a:= a+c

else b:= b+c

Gi¶i:

1 Mov AL, a

Cmp AL, b

Mov a, AL

Tiep

2 Mov AL,a

Mov AL,a

ELSE

Mov b, AL

Tiep:

VD2: Sinh m· cho ®o¹n ch¬ng tr×nh sau : Case chon of

1: Begin

S:= a*b;

c:= (a+b)*2;

End;

2: Begin

S:= 3.14*R*R;

c:= 2*3.14*R;

End;

End;

Gi¶i:

Mov CL,chon

Cmp CL,1

Mov AH,0

Mov AL,a

Mov BL,b

Mov S,AL

Mov AL,a

Add AL,b

Mov BL,2

Mov c,AL

Jmp Tiep

L1: Cmp CL,2

JNE Tiep

Mov AL, 3.14

Mov BL,R

Mul BL

Mul BL

Mov S,AL Mov AL, 3.14 Mul BL Mov BL,2 Mul BL Mov C,AL Tiep:

Bµi tËp:

1 Sinh m· cho ®o¹n ch¬ng tr×nh sau :

tt:= csm- csc;

Case dtt of

1 100: tt := dtt*5;

101 200: tt:= 500 +(dtt-100)*6.5

Else tt := 2300+(dtt-200)*9.5

End;

2 While a<>b do

If a>b then a:= a-b

Else b:= b-a;

USCLN := a;

3 S1:= 0 ; S2:=0; i:=1;

Repeat

If i mod 2 = 0 then S2:= S2+i

Else S1:= S1+i;

I:=i+1;

Until i>n;

3 KT:=1;

If x<2 then KT:=0

Else

For i:=2 to x-1 do

If x mod y = 0 then KT:= 0