Bài giảng Nhập môn chương trình dịch - Bài 6: Sinh mã trung gian - Hoàng Anh Việt

1Bài 6. 
SINH MÃ TRUNG GIAN
Hoàng Anh Việt 
Viện CNTT&TT - ĐHBKHN
Mô tả các bước dịch (1)
Mã nguồn (dãy các kí tự)
If (a == 0) min = a; Phân tích từ vựng
Phân tích cú pháp
Phân tích ngữ nghĩa
Dãy các từ tố (token)
Cây cú pháp
Cây cú pháp điều khiển
If ( Id:a == 0 ) Id:min = Id:a ;
if
== = ;
a 0 min a
if
== = ;
a 0 min aint int int
lvalue
int
intboolean
Mô tả các bước dịch (2)
if
== = ;
a 0 min aint int int
lvalue
int
intboolean Sinh mã trung gian
Sinh mã assembly
Tối ưu mã
SEQ(CJUMP(TEMP(a) == 0, L1, L2),
LABEL(L1),
TEMP(min) = TEMP(a)
LABEL(L2))
cmp rb, 0
jnz L2
L1: mov ra, rb
L2:
cmp ecx, 0
cmovz edx,ecx
Ngôn ngữ trung gian
• Là ngôn ngữ cho một loại máy trừu tượng
• Cho phép sinh mã không phụ thuộc vào máy 
đích
• Cho phép tối ưu mã trước khi sinh mã máy thật 
sự 
Cây cú pháp 
+ 
thông tin điều khiển
Pentium
Java bytecode
AMD
Ngôn ngữ trung gian
• Dễ sinh ra từ cây cú pháp
• Dễ sinh mã máy
• Số lượng lệnh nhỏ, gọn
– Dễ tối ưu mã
– Dễ chuyển sang loại mã máy khác
Cây cú pháp (>40 nút)
Mã trung gian (13 nút)
Pentium (>200 lệnh)
Ngôn ngữ trung gian
• Một dạng thể hiện của chương trình nằm giữa 
cây cú pháp điều khiển và mã máy
• Sử dụng
– Lệnh nhảy
– Thanh ghi
– Vị trí trên bộ nhớ
Cây cú pháp 
+ 
thông tin điều khiển
Pentium
Java bytecode
AMD
Mã trung 
gian
Tối ưu mã
Một ngôn ngữ trung gian
• IR (Intermediate Representation) là một cây thể 
hiện các lệnh của một loại máy trừu tượng
• Nút lệnh không trả lại giá trị, được thực hiện theo 
thứ tự nhất định
– Ví dụ: MOVE, SEQ, CJUMP
• Nút biểu thức trả lại giá trị, các nút con có thể thực 
hiện theo thứ tự bất kì
– Ví dụ: ADD, SUB
– Cho phép tối ưu mã
Mô tả các nút biểu thức của IR
• CONST(i): hằng số nguyên i
• TEMP(t): thanh ghi t, máy trừu tượng có vô hạn thanh ghi.
• OP(e1, e2): các phép toán
– Số học: ADD, SUB, MUL, DIV, MOD
– Logic: AND, OR, XOR, LSHIFT, RSHIFT
– So sánh: EQ, NEQ, LT, GT, LEQ, GEQ
• MEM(e): giá trị bộ nhớ ở vị trí e
• CALL(f, a0, a1, ): giá trị của hàm f với các tham số a0, a1, 
• NAME(n): địa chỉ của lệnh hoặc dữ liệu có tên là n
• ESEQ(s, e): giá trị của e sau khi lệnh s được thực hiện
CONST
• Nút CONST đại diện cho hằng số
• Giá trị của nút là i
CONST(i)
TEMP
• Nút TEMP đại diện cho một thanh ghi 
trong số vô hạn các thanh ghi của máy 
trừu tượng
• Các biến cục bộ và các biến tạm
• Để dễ viết, ký hiệu FP = TEMP(FP) là 
địa chỉ bắt đầu bộ nhớ của hàm
• Giá trị của nút là giá trị của thanh ghi 
tại thời điểm tính toán
TEMP(t)
Toán tử
• Máy trừu tượng có nhiều phép toán
• Tính giá trị của e1 và e2, sau đó áp dụng phép toán với 
các giá trị này
• e1 và e2 phải là hai nút có giá trị
• Có thể tính giá trị e1 và e2 theo thứ tự bất kì
OP
e1 e2
OP(e1, e2)
MEM
• Nút MEM đại diện cho một vị trí trong bộ nhớ
• Giá trị của nút là giá trị tại vị trí e trong bộ nhớ
MEM
e
MEM(e)
CALL
• Nút CALL đại diện cho một lời gọi hàm
• Không định nghĩa cách cài đặt việc truyền 
tham số, quản lý ngăn xếp
• Giá trị của nút là giá trị của hàm
CALL
ef
CALL(ef, e0, e1,)
e0e1e2
Địa chỉ của hàm Tham số
NAME
• Nút NAME đại diện cho địa chỉ của một tên 
trên bộ nhớ
• VD: địa chỉ của một nhãn nhảy
NAME(n)
ESEQ
• Nút ESEQ tính toán giá trị của biểu thức e sau 
khi thực hiện lệnh s
ESEQ
s e
ESEQ(s, e)
Mô tả các nút lệnh của IR
• MOVE(dest, e): chuyển giá trị của e vào dest
• EXP(e): tính toán giá trị của e, không cần lưu lại kết 
quả
• SEQ(s1, s2,  sn): thực hiện các lệnh theo thứ tự
• JUMP(e): nhảy đến địa chỉ e
• CJUMP(e, l1, l2): nhảy đến l1 hoặc l2 tuỳ thuộc vào 
giá trị của e là true hoặc false
• LABEL(n): tạo ra nhãn có tên n
Ví dụ n = 0;
while (n < 10) 
{
n = n + 1;
}
SEQ(
MOVE(TEMP(n), CONST(0)),
LABEL(HEAD),
CJUMP(LT(TEMP(n), CONST(10)), NAME(BODY), NAME(END)),
LABEL(BODY),
MOVE(TEMP(n), ADD(TEMP(n), CONST(1))),
JUMP(NAME(HEAD)),
LABEL(END)
)
SEQ
MOVE LABEL(HEAD)CJUMP LABEL(BODY)MOVE LABEL(END)JUMP
TEMP(n) CONST(0) LT NAME(BODY)
TEMP(n) CONST(10)
NAME(END)
TEMP(n) ADD
TEMP(n) CONST(1)
NAME(HEAD)
Cấu trúc của IR
• Gốc của cây là một nút lệnh
• Các nút biểu thức nằm dưới nút lệnh
• Chỉ có nút biểu thức ESEQ có nút lệnh nằm 
dưới
• Có thể duyệt cây IR để chạy chương trình
Sinh cây IR (mã trung gian)
• Kỹ thuật: phương pháp dịch sử dụng cú pháp 
điều khiển (giống kiểm tra kiểu)
• Chuyển cây cú pháp điều khiển thành cây IR
• Mỗi cây con của cây cú pháp được chuyển 
thành một cây con dạng IR có cùng giá trị
Sinh cây IR
• Giống kiểm tra kiểu: thêm một phương thức 
vào nút tương ứng trong cây cú pháp
abstract class ASTNode {
IRNode translate(SymTab A) {  }
}
• Cài đặt kiểu đệ quy
• Vấn đề: giống như kiểm tra kiểu, cần mô tả 
chính xác cách viết hàm translate()
Biểu thức
• Các nút của cây cú pháp thể hiện biểu thức 
được chuyển thành nút IR tương ứng
• Kí hiệu [e] là biểu diễn IR của nút e trong cây 
cú pháp
ADD
[e1] [e2]
+
e1 e2
Câu lệnh
• Dãy các lệnh được biểu diễn bằng nút SEQ 
trong biểu diễn IR
• Nếu [s1] và [s2] là biểu diễn IR của nút s1 và s2
• thì SEQ([s1], [s2]) là biểu diễn IR của s1; s2
SEQ
[s1] [s2]
s1; s2
Biến
• Biến cục bộ v chuyển thành nút TEMP(v)
• Tham số thứ i nằm ở vị trí 
MEM(ADD(FP,4*i+4))
v
TEMP(v)
MEM
ADD
FP CONST(4*i+4)
arg n-1
arg 1
arg 0
return 
addr
FP
SS
Stack
Phép gán
• Phép gán v = e chuyển thành nút MOVE(dest, 
[e]) với dest là địa chỉ của v, [e] là biểu diễn IR 
của e
• Ví dụ
x = 2
MOVE
CONST(2)MEM
ADD
FP CONST(8)
Phép gán
• Cách dịch
• Vấn đề: nút MOVE không có giá trị, làm thế 
nào để dịch x = (y = 2)?
e1 = e2 MOVE
[e2][e1]
ESEQ
[e1]
e1 = e2
MOVE
[e2][e1]
Phép gán
• Như vậy, [e1] phải chạy 2 lần, cần lưu lại giá 
trị của [e1]
e1 = e2
MOVE
[e2]TEMP(te)
ESEQ
TEMP(te)SEQ
MOVE
TEMP(te)[e1]
Thảo luận
27