原创 gcc后端的主要模块的相关分析

gcc后端的主要模块的相关分析

1、tree和rtl都属于中间层；tree偏向于前端；而rtl偏向于后端。后端的主要工作过程步骤是：tree --> rtl --> 汇编程序。

2、前端调用后端的函数接口主要是expand_*系列函数集，这一系列函数的作用是完成从tree到rtl的转换。这些函数按照功能分类在以下一些文件中被实现：stmt.c calls.c expr.c explow.c expmed.c function.c optabs.c integrate.c
 
 (1) stmt.c中的expand_*函数的作用是：将前端的“语句”级别上的语法树转换为等义
   的rtl。因此stmt.c中的这些expand_*函数是被前端parser最先调用的， 换句话
   说，这些函数是"gcc后端"的第1功能层（顶层）。它们会调用exp*.c的一些expand_*函
   数来真正完成对“表达式”的求值（也即表达式的tree --> rtx，并返回rtx），以
   及调用emit-rtl.c中gen_rtx和gen_reg_rtx等功能函数。
   
 (2) calls.也是语句级别上的，它将函数调用语句的tree转换为rtl。
   
 (3) function.c在函数一级将tree转换为rtl  
   
 (4) expr.c explow.c expmed.c完成对表达式的tree到rtx的转换。这些文件中的expand_*
   函数基本可以归纳为第2功能层。它这里会将一步引用insn_emit.c文件中的gen_*等功
   能函数；以及optabs.c文件中的expand_*函数。
   
 (5) optabs.c文件中的expand_*函数作用是将基本的一元操作和二元操作转换为rtx。它属
   于expand_*函数集中的第3功能层。它这里接着往下就会引用与平台相关的一些函数模
   块（从md自动生成的一些程序文件，如insn-output.c、insn-emit.c等其它insn-*系列
   文件）
   
3、后端的接口除了是expand_*系列函数集以外。另外还有两大系列接口函数：一类就是gen_*函数集，它的作用是生成rtx，它这里可能会进一步调用emit_*系列函数；另一类是emit_*函数集，它完成对rtx的封装，也即生成insn线性结构的rtl语言的程序。

4、gcc后端子系统中，由平台独立的expand_*函数集模块向平台依赖的gen_*函数集模块的操作接口主要是：optab_table[]和insn_data[]。例如，expand_binop函数中针对CODE为PLUS的表达式，它的调用过程是这样子的：首先找到PLUS表达式对应的实体optab_table[code]；接着根据正确的MACHINE_MODES来找到optab_table[code].handlers[mode].insn_code；再根据这个insn_code，找到insn_data[insn_code]；最后insn_data[insn_code].genfun对应上insn-emit.c文件中的gen_addsi3函数，调用这个函数会生成合适的rtl。

 (1) optab_table是一个指针数组。对每一个抽象指令操作，都会有一个对应的optab实体。它的结构声明如下（在Optabs.h文件中）：
   /* Optabs are tables saying how to generate insn bodies
     for various machine modes and numbers of operands.
     Each optab applies to one operation.
     For example, add_optab applies to addition.
  
     The insn_code slot is the enum insn_code that says how to
     generate an insn for this operation on a particular machine mode.
     It is CODE_FOR_nothing if there is no such insn on the target machine.
  
     The `lib_call' slot is the name of the library function that
     can be used to perform the operation.
  
     A few optabs, such as move_optab and cmp_optab, are used
     by special code.  */
  
  struct optab GTY(())
  {
    enum rtx_code code;
    struct optab_handlers {
      enum insn_code insn_code;
      rtx libfunc;
    } handlers [NUM_MACHINE_MODES];
  };
  typedef struct optab * optab;

   变量的定义如下（在Optabs.c文件中）：optab optab_table[OTI_MAX];
   该变量的初始化分配是在Optabs.c文件中的init_optab(...)和init_libfuncs(...)函数。
   
 (2) insn_data在Recog.h文件中声明的，如下：
   struct insn_data
   {
     const char *const name;
     const PTR output;
     const insn_gen_fn genfun;
     const struct insn_operand_data *const operand;
   
     const char n_operands;
     const char n_dups;
     const char n_alternatives;
     const char output_format;
   };
   
   extern const struct insn_data insn_data[];
   
   该变量的定义和初始化在insn-output.c文件（Generated automatically by the program `genoutput'
   from the machine description file `md'）中，如下：const struct insn_data insn_data[] = ...
   
5、前面的（从2到4的分析项）都是从tree到rtl的转换过程。而后端的第二个主要工作任务是从rtl到汇编代码的产生，这个任务由Toplev.c文件中的rest_of_compilation函数来完成（源文件对这个函数的注释如下：This is called from finish_function (within langhooks.parse_file) after each top-level definition is parsed. It is supposed to compile that function or variable and output the assembler code for it. After we return, the tree storage is freed.）。所以说，rest_of_compilation函数是一个关键的分界点，在gcc编译过程中，进入到这个函数之前，它必定对源代码的某个函数（或变量）单元完成了从tree到rtl的转换；而rest_of_compilation函数内则实现了从rtl到汇编代码的输出（另外，也同时包含了其它许多重要的功能，如对rtl的优化、cfg的分析、异常的处理分析、rtl的dump等）。

6、最后，对gcc后端子系统中与平台相关的一些模块分别做一个简短的介绍。

 (1) genrtx.c : rtl.def  作用：生成了一系列的gen_rtx_*函数集，这些函数是根据rtx的CODE来allocate一个rtl结构体单元
 (2) insn-attrtab.c : md (由genattrtab所生成)
 (3) insn-conditions.c : md (由genconditions所生成)
 (4) insn-emit.c : md (由genemit所生成) 作用：#define GEN_FCN(CODE) (*insn_data[(int) (CODE)].genfun)所指向的目标函数，如：gen_adddi3
 (5) insn-extract.c : md (由genextract所生成)
 (6) insn-opinit.c : md (由genopinit所生成) 作用：初始化设置optab_table表
 (7) insn-output.c : md (由genoutput所生成) 作用：定义并初始化设置insn_data接口变量
 (8) insn-peep.c : md (由genpeep所生成)
 (9) insn-recog.c : md (由genrecog所生成)
 (10) insn-attr.h : md (由genattr所生成)
 (11) insn-codes.h : md (由gencodes所生成) 作用：定义了枚举类型的insn-code
 (12) insn-config.h : md (由genconfig所生成)
 (13) insn-flags.h : md (由genflags所生成)