Merge branch 'master' of https://gitee.com/NUDT-compiler/nudt-compiler-cpp
This commit is contained in:
jing
@@ -19,9 +19,13 @@ description: 执行 Git 提交和推送工作流
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- 误把生成物/大文件加入：先移除或补 `.gitignore`
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- 变更跨度过大：提醒用户是否需要拆分提交
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### 2）起草提交信息（中文；这是唯一一次需要用户确认的环节）
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### 2）起草提交信息（中文；默认不需要用户确认）
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根据对话历史和修改的文件信息，按下方规范先给出“建议的提交信息”，然后询问用户：**“是否确认/需要修改？”**
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根据对话历史和修改的文件信息，按下方规范直接生成提交信息并继续执行后续流程。
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- 如果用户已经明确给出提交信息，直接使用用户提供的版本
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- 如果用户没有指定提交信息，按下方规范自动生成最合适的一条
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- **不要**为了 commit message 再额外等待用户确认，除非用户明确要求先看 message 再提交
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#### Git Commit Message 规范
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@@ -88,4 +92,4 @@ refactor(irgen): 简化 AST → IR 构建流程
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- 暂存所有改动：`git add -A`
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- 单行摘要：`git commit -m "<type>(<scope>): <subject>"`，需要补充说明时用多行：`git commit -m "<summary>" -m "<detail 1>" -m "<detail 2>"`
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- 推送：`git push`，推送完成后立即停止，不要再运行其他命令
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- 推送：`git push`，推送完成后立即停止，不要再运行其他命令
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@@ -88,10 +88,10 @@ cmake --build build -j "$(nproc)"
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./build/bin/compiler --help
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```
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（可选）生成 IR 并验证 LLVM 工具链是否可用：
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跑完整编译流程自检：从 SysY 源码生成 AArch64 汇编，完成汇编、链接，并在 QEMU 下运行结果程序：
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```bash
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./scripts/verify_ir_with_llvm.sh test/test_case/simple_add.sy out/ir --run
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./scripts/verify_asm_with_qemu.sh test/test_case/simple_add.sy out/asm --run
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```
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兼容说明：`scripts/gen_ir.sh` 仍可使用，但作为兼容入口会转调 `verify_ir_with_llvm.sh`。
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如果最终看到 `退出码: 3`，说明当前最小子集示例 `return a + b` 的完整链路已经跑通。
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@@ -1,4 +1,4 @@
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# Lab1：用 ANTLR 实现 SysY 词法/语法分析器
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# Lab1：语法树构建
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## 1. 本实验定位
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@@ -42,7 +42,7 @@ Lab2 的目标是在该示例基础上扩展语义覆盖范围，逐步把更多
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- `src/ir/IR.h`（当现有 IR 指令/类型不够用时）
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- `src/ir/IRBuilder.cpp`（当需要新增构建接口时）
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- `src/ir/IRPrinter.cpp`（新增 IR 指令后补齐打印）
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- `src/irgen/IRGen.h`（当需要扩展状态或辅助接口）
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- `src/irgen/IRGen.h`（当需要扩展状态或辅助接口时）
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2. 视实现需要可能修改
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- `src/main.cpp`（当需要调整输出阶段行为）
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@@ -80,6 +80,7 @@ cmake --build build -j "$(nproc)"
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./build/bin/compiler --emit-parse-tree test/test_case/simple_add.sy
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```
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推荐使用统一脚本验证 “IR -> LLVM 后端 -> 可执行程序” 整体链路，用于验证 IR 的正确性：
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推荐使用统一脚本验证 “IR -> LLVM 后端 -> 可执行程序” 整体链路，用于验证 IR 的正确性：
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```bash
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88
doc/Lab3-指令选择与汇编生成.md
Normal file
88
doc/Lab3-指令选择与汇编生成.md
Normal file
@@ -0,0 +1,88 @@
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# Lab3：指令选择与汇编生成
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## 1. 本实验定位
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本仓库当前提供了一个“最小可运行”的 IR -> AArch64 汇编示例链路。
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Lab3 的目标是在该示例基础上扩展后端语义覆盖范围，逐步把更多 SysY IR 正确翻译为目标平台汇编代码。
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## 2. Lab3 要求
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需要同学完成：
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1. 熟悉 MIR 相关数据结构与后端阶段接口。
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2. 理解当前 IR -> MIR -> 汇编输出的最小实现流程。
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3. 在现有框架上扩展后端代码生成能力，使其覆盖课程要求的 SysY 语义。
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## 3. 当前代码框架（与 Lab3 直接相关）
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1. MIR 定义与目标相关抽象
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- `include/mir/MIR.h`
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- `src/mir/MIRContext.cpp`
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- `src/mir/MIRFunction.cpp`
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- `src/mir/MIRBasicBlock.cpp`
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- `src/mir/MIRInstr.cpp`
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- `src/mir/Register.cpp`
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2. IR -> MIR 与汇编生成
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- `src/mir/Lowering.cpp`
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- `src/mir/RegAlloc.cpp`
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- `src/mir/FrameLowering.cpp`
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- `src/mir/AsmPrinter.cpp`
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3. 入口流程
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- `src/main.cpp`
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- `src/utils/CLI.h`
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- `src/utils/CLI.cpp`
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## 4. Lab3 需要补充的内容
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1. 必须修改的文件
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- `src/mir/Lowering.cpp`
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- `src/mir/RegAlloc.cpp`
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- `src/mir/FrameLowering.cpp`
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- `src/mir/AsmPrinter.cpp`
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- `include/mir/MIR.h`（当现有 MIR 数据结构或接口不够用时）
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- `src/mir/MIRInstr.cpp`（当需要新增机器指令或操作数表达时）
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- `src/mir/MIRFunction.cpp`（当需要扩展栈帧或机器函数状态时）
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- `src/mir/Register.cpp`（当需要扩展物理/虚拟寄存器表示时）
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2. 视实现需要可能修改
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- `src/main.cpp`（当需要调整输出阶段行为时）
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- `src/utils/CLI.cpp`（当需要扩展后端相关命令行选项时）
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- `scripts/verify_asm_with_qemu.sh`（当需要扩展统一验证脚本时）
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## 5. 当前最小示例实现说明
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当前 IR -> 汇编仅覆盖最小子集：
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1. 仅支持单函数 `main`、单基本块的最小流程。
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2. 仅支持由当前 Lab2 最小 IR 产生的 `alloca`、`load`、`store`、`add`、`ret`。
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3. 局部变量与中间结果当前统一采用栈槽模型：所有值先映射到栈槽，再通过固定寄存器 `w0`、`w8`、`w9` 配合 `ldur/stur/add` 生成汇编。
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4. `RegAlloc` 当前仅执行最小一致性检查，不实现真实寄存器分配。
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5. `FrameLowering` 当前会插入最小序言/尾声，并按 16 字节对齐栈帧。
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说明：当前阶段后端主要用于演示完整流程。即使中间值可以暂存在寄存器中，也会先写回栈槽，而不是直接构造更接近最终机器代码的寄存器流。后续实验中，同学可按需求继续扩展指令选择、寄存器分配、调用约定与控制流相关功能。
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## 6. 构建与运行
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```bash
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cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
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cmake --build build -j "$(nproc)"
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```
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## 7. Lab3 验证方式
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项目编译后按提供测试输入回归：
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```bash
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./build/bin/compiler --emit-asm test/test_case/simple_add.sy
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```
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推荐使用统一脚本验证 “源码 -> 汇编 -> 可执行程序” 整体链路，用于验证后端代码生成的正确性：
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```bash
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./scripts/verify_asm_with_qemu.sh test/test_case/simple_add.sy out/asm --run
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```
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若最终输出 `退出码: 3`，说明当前最小子集示例 `return a + b` 的完整后端链路已经跑通。
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116
doc/Lab4-寄存器分配.md
Normal file
116
doc/Lab4-寄存器分配.md
Normal file
@@ -0,0 +1,116 @@
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# Lab4：寄存器分配
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## 1. 本实验定位
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本仓库当前提供了一个“最小可运行”的 IR -> AArch64 汇编示例链路。
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Lab4 的目标是在 Lab3 示例基础上，把“固定寄存器 + 栈槽”的最小后端实现推进为“虚拟寄存器 -> 物理寄存器”的真实后端阶段，为完整 SysY 后端打基础。
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## 2. Lab4 要求
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需要同学完成：
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1. 熟悉 MIR 中寄存器、操作数、栈槽与机器函数之间的关系。
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2. 理解当前 IR -> MIR -> 汇编输出流程中寄存器相关部分的最小实现现状。
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3. 扩展当前 MIR 表达，使指令选择阶段能够产出虚拟寄存器，而不是继续固定使用 `w0`、`w8`、`w9`。
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4. 在现有框架上实现真实寄存器分配，并处理 spill/reload、栈槽管理、callee-saved 保存恢复等后续问题。
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5. 图着色寄存器分配与线性扫描寄存器分配均可作为实现路线，同学可自行选择其中一种完成。
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6. 在 `test/test_case` 提供的全部测试用例上验证正确性，并在保证功能正确的前提下尽量减少冗余 spill/reload 与访存，提升生成代码质量。
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## 3. 当前代码框架（与 Lab4 直接相关）
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1. MIR 定义与寄存器相关抽象
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- `include/mir/MIR.h`
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- `src/mir/MIRContext.cpp`
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- `src/mir/MIRFunction.cpp`
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- `src/mir/MIRBasicBlock.cpp`
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- `src/mir/MIRInstr.cpp`
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- `src/mir/Register.cpp`
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2. IR -> MIR、寄存器分配与后续落地
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- `src/mir/Lowering.cpp`
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- `src/mir/RegAlloc.cpp`
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- `src/mir/FrameLowering.cpp`
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- `src/mir/AsmPrinter.cpp`
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3. 入口流程
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- `src/main.cpp`
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- `src/utils/CLI.h`
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- `src/utils/CLI.cpp`
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## 4. Lab4 需要补充的内容
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1. 必须修改的文件
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- `include/mir/MIR.h`（扩展寄存器、操作数、机器函数等数据结构，使其能够表示虚拟寄存器与分配结果）
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- `src/mir/Register.cpp`（补充物理/虚拟寄存器表示、可分配寄存器集合等）
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- `src/mir/MIRInstr.cpp`（当需要扩展机器指令或操作数表达时）
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- `src/mir/MIRFunction.cpp`（当需要维护虚拟寄存器、spill 栈槽、callee-saved 等状态时）
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- `src/mir/Lowering.cpp`（将当前固定寄存器写法改造为生成虚拟寄存器形式的 MIR）
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- `src/mir/RegAlloc.cpp`（实现真实寄存器分配主逻辑，可选择图着色或线性扫描）
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- `src/mir/FrameLowering.cpp`（根据寄存器分配结果完成栈帧布局、spill 栈槽计算与保存恢复）
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- `src/mir/AsmPrinter.cpp`（保证寄存器分配后的 MIR 能正确打印为最终汇编）
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2. 视实现需要可能修改
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- `src/mir/MIRBasicBlock.cpp`（当需要扩展基本块级活跃性或辅助接口时）
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- `src/main.cpp`（当需要调整后端阶段行为时）
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- `src/utils/CLI.cpp`（当需要扩展后端调试相关命令行选项时）
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- `scripts/verify_asm_with_qemu.sh`（当需要扩展统一验证脚本时）
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## 5. 当前最小示例实现说明
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当前后端中的寄存器相关实现仍停留在最小示例阶段：
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1. `Lowering.cpp` 当前直接使用固定物理寄存器 `w0`、`w8`、`w9` 生成机器指令，而不是先生成虚拟寄存器。
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2. `RegAlloc.cpp` 当前仅执行最小一致性检查，不实现真实寄存器分配。
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3. 当前 MIR 主要围绕单函数 `main`、单基本块与最小指令子集工作，尚未形成完整课程版本所需的寄存器分配基础设施。
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4. `FrameLowering.cpp` 与 `AsmPrinter.cpp` 当前默认前面阶段已经给出可直接落地的固定寄存器结果，并未围绕完整 RA 流程展开。
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5. 因此，当前代码实际上**没有实现寄存器分配**，这一部分需要同学自行完成。
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说明：本阶段不应继续沿用 Lab3 的“所有中间值统一写回栈槽 + 固定寄存器临时搬运”的做法，而应先把指令选择结果改造成带虚拟寄存器的 MIR，再进入寄存器分配阶段。无论选择哪一种算法，都需要先解决几个共同前提：为机器指令补充 `use/def` 信息、能够遍历机器基本块与控制流关系、为虚拟寄存器维护分配状态，并在 spill 后为新引入的访存指令重新参与后续流程。
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可选的两条常见实现路线如下：
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1. 图着色寄存器分配
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- 整体思路：把“两个虚拟寄存器若在某一程序点同时活跃，则不能分配到同一个物理寄存器”转化为图着色问题。图中的结点表示虚拟寄存器，边表示二者互相干涉；若有 `K` 个可分配物理寄存器，则目标是对干涉图进行 `K` 着色。
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- 典型步骤：
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1. 先对 MIR 做活跃性分析，计算各基本块或各指令位置的 live-in/live-out。
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2. 根据活跃信息构建干涉图；若需要优化 move，也可以额外记录可合并关系。
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3. 按照可分配寄存器数 `K` 对图执行 simplify/select，必要时结合启发式选择 spill 候选。
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4. 若图可以着色，则回填每个虚拟寄存器对应的物理寄存器；若不能着色，则把选中的虚拟寄存器重写为 spill/reload 形式，并重新进行分析与分配。
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5. 分配完成后，把使用到的 callee-saved 寄存器、额外 spill 栈槽等信息交给 `FrameLowering.cpp` 与 `AsmPrinter.cpp` 继续处理。
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- 说明：图着色方法更接近经典教材中的完整后端流程，适合面向完整 SysY 后端逐步扩展；但实现成本通常更高，需要同学自己补齐活跃性分析、干涉图维护与 spill 重试机制。
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2. 线性扫描寄存器分配
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- 整体思路：先把每个虚拟寄存器的活跃范围抽象为一个区间，再按照区间起点顺序扫描程序，动态维护当前正在占用物理寄存器的活跃区间集合；若出现寄存器不够用，再选择某个区间 spill。
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- 典型步骤：
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1. 为机器指令建立稳定顺序，并结合活跃性信息计算每个虚拟寄存器的 live interval。
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2. 按区间起点排序后顺序扫描，维护当前仍然活跃的区间集合 `active`。
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3. 每处理到一个新区间时，先移除已经结束的区间并释放其占用的物理寄存器。
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4. 若存在空闲物理寄存器，则直接分配；若没有空闲寄存器，则比较当前区间与 `active` 中已有区间的结束位置，选择 spill 当前区间或 spill 一个结束更晚的旧区间。
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5. 对 spill 的虚拟寄存器插入 reload/store 后，需要重新计算受影响区间，再继续后续分配与汇编落地。
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- 说明：线性扫描通常更容易先做出一个可运行版本，在函数数量较多、实现周期较紧的课程环境中也较常见；但如果要把效果做得更好，仍然需要认真处理区间切分、调用点约束、callee/caller-saved 寄存器使用策略等问题。
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无论采用图着色还是线性扫描，都不应把寄存器分配理解为“把虚拟寄存器简单替换成物理寄存器名字”。真正完整的实现还需要和 spill/reload、栈帧布局、callee-saved 保存恢复以及最终汇编输出联动，否则后端仍然无法支撑完整 SysY 程序。
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## 6. 构建与运行
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```bash
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cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
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cmake --build build -j "$(nproc)"
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```
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## 7. Lab4 验证方式
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项目编译后可先按当前最小样例检查后端链路是否仍能运行：
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```bash
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./build/bin/compiler --emit-asm test/test_case/simple_add.sy
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推荐继续使用统一脚本验证 “源码 -> 汇编 -> 可执行程序” 整体链路，用于做最小回归：
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```bash
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./scripts/verify_asm_with_qemu.sh test/test_case/simple_add.sy out/asm --run
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完成 Lab4 后，最终不应只停留在 `simple_add` 这一最小示例，而应对 `test/test_case` 下全部测试用例逐个回归，确保生成代码功能正确；在此基础上，再尽量减少不必要的 spill/reload、冗余访存与低效寄存器使用，以提升最终性能表现。
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