มาลองออกแบบ Abstract Instruction Set กัน (ตอนต่อ)

ต่อจาก มาลองออกแบบ Abstract Instruction Set กัน (ตอนแรก) เลยนะ

ครั้งนี้ จะพูดถึงการคำสั่งอย่างย่อ ... เรียกว่า เป็น Higher-Level Assembly ละกัน ... เราจะพัฒนาคำสั่งไปเรื่อย ๆ แบบนี้ จนมันเป็นภาษาชั้นสูงไปเลย

Local Variables

เราสามารถจองตัวแปรบน stack ได้ด้วยคำสั่ง PUSH เช่น สมมติว่าเรามี code ภาษา C แบบนี้

  void f()
  {
    int x;
    int y;
    x = 0;
    y = x + 500;
    ...
  }

เมื่อเราเรียกคำสั่ง f เราจะจองเนื้อที่บน stack ให้กับตัวแปร x และ y ได้ด้วยคำสั่ง PUSH แล้วเมื่อเราจะใช้ตัวแปรพวกนี้ เราก็อ้างถึงจากตำแหน่ง BP (x คือ BP และ y คือ BP - 1) ...

  f:
    PUSH ค่าเริ่มต้นของ x
    PUSH ค่าเริ่มต้นของ y
    PBASE
    PUSH 0
    STORE
    PBASE
    PUSH 1
    ADD
    PBASE
    LOAD
    PUSH 500
    ADD
    STORE
    ...
    POP
    POP
    PUSH ค่าอะไรก็ได้สำหรับ return
    RETURN

แต่เอ๊ะ ... คราวที่แล้วบอกว่า ไม่มีคำสั่ง "POP" หนิ ... แล้วเราจะทำให้มัน POP ได้ไงหละ? ... มันก็ต้องอ้อม ๆ หน่อยแหละ ใช้ความรู้ที่ว่า อะไรคูณ 0 ก็ได้ 0 แล้วก็ อะไรบวก 0 ก็ได้ตัวเดิม เราจะสร้างคำสั่ง POP ได้จาก

  PUSH 0
  MUL
  ADD

แล้วถ้ามี POP หลาย ๆ ตัวติดกัน เราก็แค่เพิ่ม MUL ตรงกลางเข้าไป เช่น

จาก
POP
POP
POP

กลายเป็น

PUSH 0
MUL
MUL
MUL
ADD

Abbreviated Form

เพื่อให้เขียนง่าย แทนที่เราจะเขียน PUSH ซ้ำ ๆ สำหรับตัวแปรหลาย ๆ ตัว เราจะเขียนว่า

VAR n

เพื่อหมายถึงการ PUSH เปล่า ๆ ไป n ครั้ง เป็นเนื้อที่ของตัวแปร n ตัว ส่วนการ POP เราก็จะเขียนว่า

FVAR

(ย่อมาจาก Free VAR) เพื่อหมายถึง PUSH 0, MUL, MUL, MUL, ..., ADD ที่มีจำนวน MUL เท่ากับ n ของคำสั่ง ALLOC ก่อนหน้านี้

Dynamic Allocation

เนื่องจาก ... การจองเนื้อที่สำหรับตัวแปรบน heap เป็นสิ่งที่ทำกันบ่อยมาก ๆ เราก็เลย สมมติว่ามีคำสั่งสำหรับทำงานนี้เลยละกัน

ALLOC

การทำงานคือ

• POP ค่าบนสุดของ Stack ออกมา ให้เป็นขนาด memory block ที่ต้องการ
• ไปค้นหาเนื้อที่ว่างจาก heap
• PUSH ค่า address คืนลงไปใน Stack

เพื่อให้การคืน memory ทำได้ง่ายขึ้น เราจะจองเนื้อที่ให้เกินที่ขอไปนิดนึง เพื่อใส่ขนาดของ block ไว้ข้างหน้า address ที่คืนออกมา ผลก็คือ คำสั่ง

FREE

จะต้องการ POP ค่าจาก stack เพียงค่าเดียว คือ address

ตัวอย่างเช่น

  void f()
  {
    int* x;
    x = new int;
    ...
  }

  f:
    VAR 1 (สมมติว่าขนาดของ pointer = 1)
    PBASE
    PUSH 1 (สมมติว่าขนาดของ int = 1)
    ALLOC
    STORE
    ...
    FVAR
    PUSH ค่าอะไรก็ได้สำหรับ return
    RETURN

สรุปคำสั่งตอนนี้

จริง ๆ คำสั่ง ALLOC กับ FREE มันไม่ใช่คำสั่งพื้นฐานที่ CPU ควรจะมีหรอกนะ มันเป็น OS-level Instruction หนะ วิธีสร้าง ALLOC กับ FREE จริง ๆ ไว้จะบอกทีหลัง แต่ตอนนี้สมมติว่ามีให้ใช้เลยละกัน

Minimal Instruction Set + ALLOC & FREE

PUSH
PBASE
LOAD
STORE
JPOS
CALL
RETURN
NAND
NEG
ADD
MUL
ALLOC
FREE

Abbreviations
JMP
JNEG
JZ
JNZ
NOT
AND
OR
XOR
IFF
SUB
DIV
MOD
VAR
FVAR
...

แล้วจะมาเพิ่ม abbreviation อีกเรื่อย ๆ นะ