Συμβολική γλώσσα και η εκτέλεση γλωσσών υψηλού επιπέδου

Διομήδης Σπινέλλης
Τμήμα Διοικητικής Επιστήμης και Τεχνολογίας
Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών
dds@aueb.gr

Λειτουργίες του συμβολομεταφραστή

Χρήση συμβολικών εντολών
Χρήση συμβολικών τελεστέων
Αυτόματη ανάθεση διευθύνσεων
Δημιουργία αρχείων συνδέτη
Σχόλια
Υπολογισμός σταθερών

Δομή του πηγαίου κώδικα

Ο πηγαίος κώδικας της συμβολικής γλώσσας είναι δομημένος με βάση ξεχωριστές γραμμές κώδικα.
Κάθε γραμμή μπορεί να περιέχει μία και μόνο μία εντολή.
Οι εντολές δεν απαιτείται να τερματίζονται με κάποιον ειδικό χαρακτήρα.
Τα σχόλια γράφονται με τη μορφή της C++:
// This is a comment
Ο συμβολομεταφραστής δέχεται και ειδικές εντολές. Αυτές αρχίζουν πάντα με μια τελεία:
.text
Οι εντολές χωρίζονται από τις παραμέτρους και τους τελεστέους με κενά.
Οι τελεστέοι χωρίζονται μεταξύ τους με κόμμα.

Παράδειγμα:

        cmp $10,%ebx
        je end
        push %ebx
        mov %ebx, %esi
        inc %esi
        push $intform

Προσδιορισμός σταθερών

Στη συμβολική γλώσσα εκτός από εντολές του επεξεργαστή χρειάζεται να παραστήσουμε και σταθερές. Μπορούμε να εισάγουμε:

ακέραιους στο δεκαδικό σύστημα (π.χ. 10, 454, 23)
ακέραιους στο δεκαεξαδικό (hexadecimal) σύστημα αρχίζοντάς τους με 0x (π.χ. 0x5e, 0x34, 0xa23f)
χαρακτήρες αρχίζοντάς τους με ένα μονό εισαγωγικό (π.χ. 'a, '4, '\n)

Μπορούμε να συνδυάσουμε σταθερές με τελεστές με σημασιολογία ίδια με αυτή της C. Μοναδιαίοι (unary) τελεστές:

Δυαδικοί (binary) τελεστές:

Μέγιστη προτεραιότητα
- *
- /
- %
- <<
- >>
Ενδιάμεση προτεραιότητα
- |
- &
- ^
Ελάχιστη προτεραιότητα
- +
- -

Η εισαγωγή των σταθερών στη μνήμη γίνεται με εντολές του συμβολομεταφραστή:

Στο συμβολομεταφραστή gas οι σταθερές εισάγονται με τις παρακάτω εντολές:

.byte
Εισαγωγή σταθερών με μήκος 1 byte
.short
Εισαγωγή σταθερών με μήκος 2 byte
.word
Εισαγωγή σταθερών με μήκος 4 byte
.string
Εισαγωγή συμβολοσειρών
Μετά από κάθε εντολή μπορούν να γραφούν μια ή περισσότερες σταθερές χωρισμένες με κόμμα.

Παράδειγμα:

.byte 'a', 'b'
.short 578
.word 324234
.string "hello, world\n"

Χρήση συμβόλων

Σε αρχεία πηγαίου κώδικα του συμβολομεταφραστή μπορούμε να αναφερθούμε με συμβολικό τρόπο σε διευθύνσεις μνήμης (memory addresses) δεδομένων ή κώδικα.
Ο κώδικας και τα δεδομένα που γράφουμε καταχωρούνται σε αυξανόμενες διευθύνσεις μνήμης.
Μπορούμε να αποδώσουμε την τρέχουσα διεύθυνση μνήμης σε μια συμβολική σταθερά (ετικέτα (label))) γράφοντας στην αρχή της γραμμής το όνομα της σταθεράς (σύμφωνα με τους κανόνες ονομασίας μεταβλητών της C) ακολουθούμενο από μια άνω κάτω τελεία:
thisaddress:

Παράδειγμα:

intform: .string        "%d\n"
.globl main
main:
        mov  $0, %ebx
loop:
        cmp $10,%ebx

Το περιβάλλον εκτέλεσης της C

Για να τους σκοπούς του μαθήματος τα προγράμματα σε συμβολική γλώσσα θα γράφονται και θα συνδέονται στο περιβάλλον εκτέλεσης των προγραμμάτων της C. Αυτό μας δίνει τις παρακάτω δυνατότητες:

Έναρξη του προγράμματος από την ετικέτα main
Κλήσεις των συναρτήσεων της βιβλιοθήκης της C με την εντολή call.
Τερματισμός του προγράμματος με κλήση της συνάρτησης exit.

Παράδειγμα:

hi: .string "hello, world\n"
.globl main
main:
        push $hi
        call printf
        addl $5, %sp
        pushl $0
        call exit

Κλήση συναρτήσεων

Η κλήση των συναρτήσεων της C γίνεται τοποθετώντας τις παραμέτρους τις συνάρτησης από δεξιά προς τα αριστερά στη στοίβα (με την εντολή push).
Κατά την επιστροφή από τη συνάρτηση ο δείκτης της στοίβας (%sp) πρέπει να λάβει την αρχική του τιμή με τη χρήση της εντολής addl $N, %sp όπου N ο αριθμός των byte που είχαν προστεθεί στη στοίβα.
Η τιμή που επιστρέφει μια συνάρτηση βρίσκεται στον καταχωρητή %eax.

Χρήση καταχωρητών

Στο περιβάλλον λειτουργίας της C τα προγράμματα σε συμβολική γλώσσα πρέπει να χρησιμοποιούν τους καταχωρητές με συγκεκριμένο τρόπο:

Ο καταχωρητής %esp δείχνει στη στοίβα.
Οι καταχωρητές %eax, %edx, %ecx χρησιμοποιούνται για πολύ προσωρινή αποθήκευση στοιχείων και μπορούν να χάσουν την τιμή τους ανάμεσα σε κλήσεις σε συναρτήσεις. Για το λόγο αυτό αν θέλουμε να κρατήσουμε την τιμή τους πρέπει πριν καλέσουμε μια συνάρτηση να τις αποθηκεύσουμε στη στοίβα. Παράδειγμα:
        push %eax
        call otherfunc
        pop  %eax
Οι καταχωρητές %bx, %bp, %di, %si πρέπει να διατηρούν την τιμή τους μετά από την κλήση μιας συνάρτησης. Για το λόγο αυτό αν πρόκειται σε μια συνάρτηση να αλλάξουμε την τιμή τους πρέπει να τους φυλάξουμε πριν στη στοίβα. Παράδειγμα:
myfun:
        push    %ebx
        movl    $0, %ebx
        //...
        pop     %ebx
        ret

Ένα ολοκληρωμένο πρόγραμμα

Το παρακάτω πρόγραμμα αντιγράφει την είσοδό του στην έξοδο μέχρι να συναντήσει τέλος του αρχείου (τη σταθερά -1).

// Copy standard input to standard output until EOF is read

.globl main
main:                           // Entry point

loop:   call    getchar         // Read a character in %eax
        cmpl    $-1, %eax       // EOF
        je      end             // Yes, finish
        push    %eax            // Pass it on
        call    putchar         // Print character pushed
        addl    $4, %esp        // Adjust back stack
        jmp     loop
end:    pushl   $0              // Exit code
        call    exit

Βιβλιογραφία

Free Software Foundation. Using as, 1999. http://www.gnu.org/manual/gas-2.9.1/.

Περιεχόμενα