AML

• Author: Alexander Myasnikov
• mailto: myasnikov.alexander.s@gmail.com
• git: https://gitlab.com/amyasnikov/aml

Сборка

cmake -S. -B./build && cmake --build ./build -j8

Запуск тестов

cmake --build ./build --target test

./build/aml/aml_tests

Запуск

Компиляция исходного кода в байт-код:

./build/aml/aml \
    --cmd=compile \
    --file_input=aml_code/sample.aml \
    --file_output=logs/sample.binary \
    --log=logs/sample.compile.log \
    --level=trace;

Исполнение байт-кода:

./build/aml/aml \
    --cmd=execute \
    --file_input=logs/sample.binary \
    --file_output=logs/sample.result \
    --log=logs/sample.execute.log \
    --level=trace;

Цели:

• Описать необходимый минимальный набор инструкций, необходимый для трансляции высокоуровнего языка.

Общие сведения:

• AML - стековый язык.
• Данные в code выровнены по границе uint8_t.
• Данные в stack выровнены по uint64_t.

Ограничения:

• Тип данных - только int64_t.
• Отсутствуют проверки типов на этапе компиляции.

Пример кода:

• aml
• standard

Стадия 1. Лексический анализатор

Для простоты разборы используется lisp синтаксис.

Исходный текст разбивается на следующие токены:

• whitespace
• lp
• rp
• key_arg
• key_block
• key_call
• key_defn
• key_defvar
• key_func
• key_if
• key_int
• key_syscall
• key_var
• integer
• ident

Стадия 2.a. Синтаксический анализатор (LISP)

Из списка токенов строится дерево в соответствии с грамматикой:

lisp_tree: node
node: LP node* RP | key | integer | ident

Эта стадия добавлена для упрощения разбора

Стадия 2.b. Синтаксический анализатор

Из lisp_tree строится stmt в соответствии с грамматикой:

stmt:    program
program: func+   expr
expr:    ARG     <digit>
expr:    BLOCK   expr+
expr:    CALL    expr    expr*
expr:    DEFVAR  <name>  expr
expr:    IF      expr    expr expr
expr:    INT     <digit>
expr:    SYSCALL expr+
expr:    VAR     <name>
func:    DEFN    expr    expr

Стадия 3 Семантический анализатор

• Добавить проверку типов. // TODO

Стадия 4 Генерация промежуточного кода

Дерево stmt переводится в ПОЛИЗ.

Инструкции ПОЛИЗ:

• arg
• call
• exit
• jmp
• pop_jif
• push
• ret
• syscall

Правила перевода stmt в ПОЛИЗ:

(arg <digit>) ->
    arg

(block expr1 expr2 ... exprN) ->
    CODE(expr1)
    CODE(expr2)
    ...
    CODE(exprN)
    pop N

(call expr_name expr1 expr2 ... exprN) ->
    CODE(expr_name)
    CODE(exprN)
    ...
    CODE(expr2)
    CODE(expr1)
    push N
    call

(defvar <name>) ->
    ;

(func <name>) ->
    push <offset>

(if expr_if expr_then expr_else) ->
    CODE(expr_if)
    pop_jif <M1>
    CODE(expr_then)
    jmp <M2>
M1: CODE(expr_else)
M2:

(int <digit>) ->
    push <digit>

(defn <name> expr_body) ->
    CODE(expr_body)
    ret

(syscall expr1 expr2 ... exprN) ->
    CODE(exprN)
    ...
    CODE(expr2)
    CODE(expr1)
    push N
    syscall

(var <name>) ->
    var <offset>

Стадия 5 Оптимизация кода

// TODO

Стадия 6 Генерация кода

Перевод ПОЛИЗ выражения в тетрады или триады. // TODO

Выполнение кода

Для выполнения нужен созданный бинарный код, содержащий ПОЛИЗ команды и указатель на стартовое выражение.

Выполнение команд осуществляется на стеке в соответствии с правилами:

exit -> завершение выполнения

arg <offset>:
  stack: ... -> ... MEMORY[offset]

call:
  stack: ... <argN> ... <arg2> <arg1> <N> -> <argN> ... <arg2> <arg1> <N> <rpb> <rip>
  rip = argN
  rbp = stack.size

jmp <label>:
  rip += <label>

pop <digit>:
  stack: <argN> ... <arg2> <argN> -> ... <argN>

pop_jif <label>:
  stack: ... res -> ...
  rip += res ? <label> : 0

push <digit>:
  stack: ... -> ... <digit>

ret:
  stack: <argN> ... <arg2> <arg1> <N> <rbp_old> <rbp_old> <ret> -> ... <ret>
  rip = rip_old
  rbp = rbp_old

syscall:
  stack: <argN> ... <arg2> <arg1> <N> -> <ret>

var <offset>:
  stack: ... -> ... MEMORY[rbp + offset]

Пример генерации кода

Исходный код:

(deffunc sum
  (syscall
    (INT 1)
    (ARG 1)
    (ARG 2))

(deffunc main
  (call sum
    (call sum
      (int 10)
      (int 11)
      (int 12))
    (call sum
      (int 20)
      (int 21))))

(call main)

ПОЛИЗ:

10:        <main> 0 CALL ret exit
20:<sum>:  $2 $1 1 3 syscall ret
30:<main>: <sum> <sum> 12 11 10 3 call <sum> 21 20 2 call 2 call ret
           30    31    32 33 34 35 36  37    38 39 40 41  42 43   44

Выполнение:

| rbp | stack                                                               | rip | code        |
|-----|---------------------------------------------------------------------|-----|-------------|
| 0   |                                                                     | 10  | PUSH <main> |
| 0   | <main>                                                              | 11  | PUSH 0      |
| 0   | <main> 0                                                            | 12  | CALL        | + rbp:rip
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13                                               | 30  | PUSH <sum>  |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum>                                         | 31  | PUSH <sum>  |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum>                                   | 32  | PUSH 12     |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12                                | 33  | PUSH 11     |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12 11                             | 34  | PUSH 10     |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12 11 10                          | 35  | PUSH 3      |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12 11 10 3                        | 36  | CALL        |
| 10  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12 11 10 3 rbp:2 rip:37           | 20  | PUSH $2     | $N = rbp - 1 - N
| 10  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12 11 10 3 rbp:2 rip:37 11        | 21  | PUSH $1     |
| 10  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12 11 10 3 rbp:2 rip:37 11 10     | 22  | PUSH 1      |
| 10  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12 11 10 3 rbp:2 rip:37 11 10 1   | 23  | PUSH 3      |
| 10  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12 11 10 3 rbp:2 rip:37 11 10 1 3 | 24  | SYSCALL     |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> <sum> 12 11 10 3 rbp:2 rip:37 21        | 25  | RET         |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21                                      | 37  | PUSH <sum>  |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum>                                | 38  | PUSH 21     |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum> 21                             | 39  | PUSH 20     |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum> 21 20                          | 40  | PUSH 2      |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum> 21 20 2                        | 41  | CALL        |
| 15  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum> 21 20 2 rbp:2 rip:42           | 20  | PUSH $2     |
| 15  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum> 21 20 2 rbp:2 rip:42 21        | 21  | PUSH $1     |
| 15  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum> 21 20 2 rbp:2 rip:42 21 20     | 22  | PUSH 1      |
| 15  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum> 21 20 2 rbp:2 rip:42 21 20 1   | 23  | PUSH 3      |
| 15  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum> 21 20 2 rbp:2 rip:42 21 20 1 3 | 24  | SYSCALL     |
| 15  | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 <sum> 21 20 2 rbp:2 rip:42 41        | 25  | RET         |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 41                                   | 42  | PUSH 2      |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 41 2                                 | 43  | CALL        |
| 8   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 41 2 rbp:2 rip:44                    | 20  | PUSH $2     |
| 8   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 41 2 rbp:2 rip:44 21                 | 21  | PUSH $1     |
| 8   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 41 2 rbp:2 rip:44 21 41              | 22  | PUSH 1      |
| 8   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 41 2 rbp:2 rip:44 21 41 1            | 23  | PUSH 3      |
| 8   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 41 2 rbp:2 rip:44 21 41 1 3          | 24  | SYSCALL     |
| 8   | <main> 0 rbp:0 rip:13 <sum> 21 41 2 rbp:2 rip:44 62                 | 25  | RET         |
| 2   | <main> 0 rbp:0 rip:13 62                                            | 13  | RET         |
| 0   | 62                                                                  | 14  | EXIT        |