コンパイラのコード生成: 配列(カウンター方式)

はじめに

このテキストは「コンパイラのコード生成: 繰返し」の続きです。

C言語プログラム例

下記のC言語プログラム例を見ていきましょう。

int calc(int a[], int n) {
	int sum = 0;
	for(int i = 0; i < n; i++) {
		sum += a[i];
	}
	return sum;
}

RISC-Vのアセンブリコード

次のようにコンパイルします。

riscv64-unknown-elf-gcc -S -O0 -march=rv32i -mabi=ilp32 -o sample.s sample.c

得られた RISC-V のアセンブリコードは次の通りです。

	.file	"sample.c"
	.option nopic
	.text
	.align	2
	.globl	calc
	.type	calc, @function
calc:
	addi	sp,sp,-48
	sw	s0,44(sp)
	addi	s0,sp,48
	sw	a0,-36(s0)
	sw	a1,-40(s0)
	sw	zero,-20(s0)
	sw	zero,-24(s0)
	j	.L2
.L3:
	lw	a5,-24(s0)
	slli	a5,a5,2
	lw	a4,-36(s0)
	add	a5,a4,a5
	lw	a5,0(a5)
	lw	a4,-20(s0)
	add	a5,a4,a5
	sw	a5,-20(s0)
	lw	a5,-24(s0)
	addi	a5,a5,1
	sw	a5,-24(s0)
.L2:
	lw	a4,-24(s0)
	lw	a5,-40(s0)
	blt	a4,a5,.L3
	lw	a5,-20(s0)
	mv	a0,a5
	lw	s0,44(sp)
	addi	sp,sp,48
	jr	ra
	.size	calc, .-calc
	.ident	"GCC: (GNU) 8.2.0"

演習問題

レジスタマップとメモリマップを作成してみましょう。

コード生成: 配列の参照

配列を参照している部分は次の通りです。

	lw	a5,-24(s0)
	slli	a5,a5,2
	lw	a4,-36(s0)
	add	a5,a4,a5
	lw	a5,0(a5)

-24(s0) が i に相当し，slli a5,a5,2 によって i を4倍にします。さらに -36(s0) が a すなわち配列 a の先頭アドレスになりますので，add a5,a4,a5によって a + i * 4 すなわち a[i]のアドレスがレジスタa5に入ります。

あとは lw a5, 0(a5) によって参照するというわけです。

コード生成: 配列への書き込み

逆に書き込む場合は，配列の参照のコードの最後を sw (格納したい値を入れたレジスタ), 0(a5) という具合にストア命令に書き換えます。

ポインタを使った場合

下記のコードは，同じ実行結果になるコードですが，配列の代わりにポインタを用いています。

int calc(int *a, int n) {
	int sum = 0;
	for(int i = 0; i < n; i++) {
		sum += *a++;
	}
	return sum;
}

RISC-Vのアセンブリコード例 (ポインタを用いた場合)

	.file	"samplep.c"
	.option nopic
	.text
	.align	2
	.globl	calc
	.type	calc, @function
calc:
	addi	sp,sp,-48
	sw	s0,44(sp)
	addi	s0,sp,48
	sw	a0,-36(s0)
	sw	a1,-40(s0)
	sw	zero,-20(s0)
	sw	zero,-24(s0)
	j	.L2
.L3:
	lw	a5,-36(s0)
	addi	a4,a5,4
	sw	a4,-36(s0)
	lw	a5,0(a5)
	lw	a4,-20(s0)
	add	a5,a4,a5
	sw	a5,-20(s0)
	lw	a5,-24(s0)
	addi	a5,a5,1
	sw	a5,-24(s0)
.L2:
	lw	a4,-24(s0)
	lw	a5,-40(s0)
	blt	a4,a5,.L3
	lw	a5,-20(s0)
	mv	a0,a5
	lw	s0,44(sp)
	addi	sp,sp,48
	jr	ra
	.size	calc, .-calc
	.ident	"GCC: (GNU) 8.2.0"

違いがわかりますか？ 配列版では，slli 命令がありますが，ポインタ版ではありません。

演習課題

配列版とポインタ版のロジックをよく見比べてみましょう。違いを説明してください。