術的施展

Author: MROS

book/.vitepress/config.mts

@@ -90,8 +90,12 @@ export default defineConfig({
             link: "/零．二版/語義分析：類型檢查.md",
           },
           {
-            text: "精五真言生成（一）施術",
-            link: "/零．二版/精五真言生成（一）施術.md",
+            text: "精五真言生成（一）棧與區域變數",
+            link: "/零．二版/精五真言生成（一）棧與區域變數.md",
+          },
+          {
+            text: "精五真言生成（二）術的施展",
+            link: "/零．二版/精五真言生成（二）術的施展.md",
           },
         ],
       },

book/image/參數精五棧圖解.png

@@ -1,12 +1,16 @@
-
-
-## 零．二版引入
-
+## 術
 ### 術
 函式
 
 ### 外術
 外部函式
 
+### 施者
+caller
+
+### 受者
+callee
+
+## 符號
 ### 基括號
 〖〗

book/用語對照.md

@@ -4,9 +4,9 @@
 
 但零．二版引入了術之後，一切都變了，術內宣告的變數都是區域變數；而程式碼在施術後會跳到另一個術裡執行，完成後又回到原本的術裡。
 
-## 棧與術
+## 區域變數
 
-由於在咒執行的過程中，一個術可能被施展多次，最簡單的例子就是遞迴術，術中有術，層層嵌套。由於執行次數可能取決於法咒的輸入，編譯器無法知曉究竟一個術在法咒執行過程中究竟會執行幾次，因此不可能在編譯期就將記憶體分配完。
+咒執行的過程中，一個術可能被施展多次，最簡單的例子就是遞迴術，術中有術，層層嵌套。由於執行次數可能取決於法咒的輸入，編譯器無法知曉究竟一個術在法咒執行過程中究竟會執行幾次，因此不可能在編譯期就將樹中區域變數的記憶體分配完。
 
 那只好在執行期動態分配記憶體了，分配到哪裡呢？[老樣子](../零．一版/精五真言生成.md)，放到棧上，畢竟術的施展天然就像棧這種資料結構。
 
@@ -41,14 +41,14 @@
 
 當計算機執行術時，會將計算機的咒指針（program counter）指向術的開頭，隨著咒指針遞增，術就一行行執行下去了，當甲術執行到要施展乙術後，乙必須先記錄當下的施者（caller）——也就是甲——施術時的咒指針，在乙術結束時，才能夠再跳回甲施乙術後的下一條真言執行。
 
-### 臨時變數
+## 臨時變數
 注意到`乙`術的最後一行 `曰（宇＋宙＋洪＋荒）` ，回憶在[零．一版](../零．一版/精五真言生成.md)中，計算算式時，吾人會將計算機當成一個堆疊機來用，在棧上開出更多空間以存放計算的中間結果。
 
 這就意味著單純採用堆疊機，且不進行優化，是沒法僅在棧中開四個變數的空間就完成計算。
 
 這有幾種不同的作法：
 
-#### 編譯器計算出臨時變數需要的空間
+### 編譯器計算出臨時變數需要的空間
 例如，編譯器能夠直接計算出需要幾個臨時變數，例如可以將原`乙`術在中間碼就轉換成如下邏輯
 
 ```
@@ -68,7 +68,7 @@
 ```
 則可以配出七個整數的空間。（此非最優解）
 
-#### 棧動態增長
+### 棧動態增長
 也可以如零．一版一樣，一邊計算一邊把臨時結果壓入棧，實作可能簡單一些。但最終仍要把棧恢復到舊貌，也就是說仍然要記錄棧到底增長了多少，或者採用 `fp` 暫存器來記錄當下的棧底為多少。
 
 臨時增長棧也會導致用 `sp` 來索引區域變數的位址會不太穩定，以 `fp` 來索引實作會比較容易。（棧臨時增長時，`sp`動，但`fp`不動）
@@ -194,7 +194,6 @@ gcc 可以用 `-fomit-frame-pointer` 來調控是否採用 `fp` 的棧形式，`
     ret                  # jr ra
 
 ```
-全在暫存器就算完了。
 
 再來看看乙那段將宇、宙、洪、荒相加的算式，若編譯器好好優化，會怎麽計算：
 

book/零．二版/精五真言生成（一）施術.md renamed to book/零．二版/精五真言生成（一）棧與區域變數.md

@@ -0,0 +1,94 @@
+在上一章討論了區域變數如何存放在棧中，在[零．一版](../零．一版/精五真言生成.md)中提及了全域變數如何生成。現在，還剩下一種變數沒有討論——**參數**。
+
+## 精五真言施術約定
+精五有 32 個通用暫存器，施術時 `call 術` 這個偽指令做的不過是將咒指針（program counter）跳躍到`術`所在位址，把就位址放到 `ra` 暫存器而已。
+
+施者（caller）如何傳遞資訊給受者（callee）呢？其實怎樣都可以，無論是丟到棧上的某個位置還是丟到特定暫存器都可以。總之**講好就好**。如果不同編譯器不按照同個約定來傳遞參數，那這些編譯器編譯出來的術就無法互相調用了。
+
+精五的[標準施展約定](https://riscv.org/wp-content/uploads/2015/01/riscv-calling.pdf)規定在整數情況下，使用 `a0` ~ `a7` 暫存器來傳遞變數。這些暫存器吾人稱之為參數暫存器。（a 即是 argument 的縮寫）
+
+而術結束後，會將其歸值（return value）放在 `a0` 與 `a1`，歸值若僅一個字長，只要看 `a0` 就好了。
+
+貧道用 gcc 編譯個簡單的 C 程式（音界咒當前版本也依賴類似外術），來看看是否按照這個約定就能呼叫到它了。
+
+## 編譯外術（外部函式）
+
+將以下 C 代碼存入 `曰.c` 檔案中。
+
+```c
+#include <stdio.h>
+#include <inttypes.h>
+
+int64_t print_int(int64_t number) {
+    printf("%" PRId64 "\n", number);
+    return 111;
+}
+```
+
+執行以下指令來編譯該檔案
+```sh
+riscv64-unknown-elf-gcc -c 曰.c -o 曰.o
+riscv64-unknown-elf-objcopy --redefine-sym print_int=曰 曰.o
+```
+
+C 語言不支援非 ASCII 的字符，得先編譯出目的檔 `曰.o` 之後，再將其符號從 `print_int` 抽換成 `曰`。
+
+## 施術範例
+
+再將以下檔案存到 `施展.S`。
+
+```assembly
+    .section .text
+    .global main
+
+main:
+
+    li a0, 17
+    call 曰
+    call 曰
+
+    li a7, 93           # ecall號碼93表示退出
+    li a0, 0
+    ecall
+```
+
+用以下指令組譯 `施展.S` 並鏈結`曰.o`
+```
+riscv64-unknown-elf-gcc 施展.S 曰.o
+```
+再以 qemu 執行生成的執行檔 `a.out`
+
+```
+qemu-riscv64 a.out
+```
+會看到終端輸出
+```
+17
+111
+```
+第一行 `17` 正是吾人放進 `a0` 的值，而第二行的 `111` 恰好就是曰的歸值，第一個 `call 曰` 結束之後，`a0` 已經被改為 `111` ，立刻再施展一次 `曰` ，果然輸出了 `111`。
+
+看來 gcc 確實按照這個約定在傳遞參數與回傳值，音界咒編譯器也遵照約定，以在未能完全自舉之前方便與塵界之術互動。
+
+## 儲存參數
+
+既然在術開始之前，參數就已被施者填入 `a0` ~ `a7` 之中，那能否每次需要讀取參數時就直接使用暫存器呢？不能，因為術有可能還要去調用其他術，這是又得修改 `a0` ~ `a7` 來傳遞參數了。
+
+還是只能老方法全都存到棧裡了。
+
+如果不需要再調用其他術，大可以就放在參數暫存器裡，但零．二版音界咒的實作先不做這個優化。
+
+來看個範例：
+
+```音界
+術．甲（子、丑）【
+    元．天＝１
+    元．地＝１
+    元．玄＝１
+    元．黃＝１
+】
+```
+
+執行後，棧應該要是
+
+![加入參數的精五棧圖解](../image/參數精五棧圖解.png)