Асемблювати

Вказівки

У цій вправі ми визначимо синтаксис і модель виконання для невеликої мови, натхненної мовою асемблера x86-64.

Мета - формалізувати, як код пишеться, розбирається та виконується в обмеженому середовищі.

Модель виконання

Код асемблера записується всередині спеціальної конструкції:

let program := assemble!(
    -- assembly code here
)

Ця конструкція має створити програму, яка симулює функцію, що виконує код асемблера й повертає значення. Потім цю програму викликають за допомогою такого синтаксису, де a, b, c тощо - аргументи:

let result := program(a, b, c, ...)

Усі аргументи та повернене значення - 64-бітні цілі числа зі знаком. Дозволено щонайбільше 6 аргументів.

Регістри

Повернене значення та всі аргументи передаються в регістрах. Наша мова має підтримувати такі регістри:

Регістри починаються з типового значення 0, якщо їх не використано для передачі аргументів у функцію.

Наприклад, у наведеній нижче програмі всі регістри мають значення 0, крім rdi, який ініціалізовано значенням 10, та rsi, який ініціалізовано значенням -20:

program(10, -20)

Повернене значення програми завжди зберігається в rax.

Код асемблера

Кожен рядок у коді асемблера може мати одну з двох форм:

• Мітки позначають конкретні місця програми, які використовують деякі інструкції.
• Інструкції описують операції, які виконує програма.

Якщо жодна інструкція не змінює цього, виконання програми відбувається лінійно. Це означає, що попередній рядок повністю виконується, перш ніж виконається наступний.

Мітки

Мітки мають такий синтаксис:

<label>:

Вони не змінюють значення жодного регістра й не впливають на програму інакше, ніж позначають конкретні місця коду, щоб їх можна було використати в інструкціях.

Інструкції з двома операндами

Більшість інструкцій мають такий синтаксис:

<opcode> <destination>, <source>

opcode указує на операцію, яка виконується, використовуючи значення операндів destination та source. Результат операції зберігається в операнді destination.

Наприклад, інструкція add додає значення операндів destination і source та зберігає цей результат в операнді destination.

Операнд destination - завжди регістр, а операнд source може бути регістром або літеральним числом.

Ось список інструкцій, які має підтримувати наша програма:

Крім них, наша програма має підтримувати інструкцію cmp з двома операндами. Ця інструкція не змінює жодного регістра, а натомість порівнює операнди destination і source та встановлює внутрішній стан програми в одне з трьох значень:

• більше, якщо destination > source
• дорівнює, якщо destination == source
• менше, якщо destination < source

Як саме ми відслідковуємо цей стан усередині - на наш розсуд.

Інструкції з одним операндом

Є інструкції, які змінюють потік виконання програми, передаючи керування в інше місце коду. Їх називають інструкціями переходу.

Усі вони приймають лише один операнд - мітку, яка вказує ціль переходу, тобто місце в коді, де продовжиться виконання:

<opcode> <label>

Інструкція jmp завжди виконує перехід до цільової мітки.

Інші інструкції переходу виконують перехід лише тоді, коли внутрішній стан програми встановлено в конкретне значення. Це означає, що перед ними зазвичай стоїть інструкція cmp.

Ось інструкції переходу, які має підтримувати наша програма: