В этой работе будет написан компилятор для моего языка программирования. В языке использовался виртуальный процессор для исполнения файлов. Компилятор же сгенерирует нам файл, который можно исполнить на реальном процессоре. Скорость его исполнения мы сравним со скоростью на виртуальном процессоре.
- Создать новый бекэнд для своего языка
- Создать исполняемый файл
- Сравнить скорости виртуального и реального процессора
Текстовый файл с синтаксисом моего языка представлялся в виде дерева, затем транслировался в написанный мной ассемблер. Далее, ассемблер исполняется на виртуальном процессоре.
В этом проекте, возьмем фронтэнд от нашего языка и напишем новый бекэнд.
После считывания языка в дерево, переводим его в промежуточное представление. Таким образом, будет удобнее оптимизировать код и затем транслировать его в бинарные команды. Мое промежуточное представление имеет следующий вид:
-
Программа состоит из функций. Функция внутри себя содержит:
- Название функции
- Массив переменных
- Массив блоков комманд
-
Каждый блок внутри себя содержит:
- Название блока
- Массив команд
-
Каждая команда состоит из:
- Оператор 1
- Оператор 2
- Оператор 3 (Указатель на принимающую переменную)
Здесь операторы это тоже структура, которая содержит в себе тип данных, значение для каждого типа. В операторе может лежать число, указатель на переменную в массиве переменных и указатель на блок (в случае переходов).
Пример дампа промежуточного представления.
На этом этапе нужно массив команд в каждой функции транслировать в команды процессора. Для начала, запишем все в буфер, а далее создадим простой ELF файл и запишем туда наш бинарный код. Ниже приведу примеры трансляции некоторых команд из моего промежуточного представления:
Строчка кода моего языка:
z x tape y hp // z = x + y
Транслируется в промежуточное представление следующим образом:
CMD op1 op2 dest
ADD x y z
А в процессорные команды так:
mov rax, [r9 - 8] ; r9 pointer on buffer with vars. 8 - offset of x var
mov rbx, [r9 - 16] ; 16 - offset of y var
add rax, rbx
mov [r9 - 24], rax
Строчка кода:
var x 0 hp; // int x = 0
Представляется в промежуточном представлении:
CMD op1 op2 dest
EQ 0 - x
Транслируется в:
mov [r9 - 8], 0
Вызов функции, представляющийся в промежуточном представлении:
CMD op1 op2 dest
PARIN a
PARIN b
PARIN c
CALL discriminant
Здесь PARIN это входные параметры для функции discriminant
В команды транслируется:
push [r9 - 8]
push [r9 - 16]
push [r9 - 24]
call <rel address> // В бинарном файле высчитывается относительно смещение
right (1) // if (1)
box // {
round // }
left // else
box // {
round // }
В промежуточном представлении выглядит вот так:
CMD op1 op2 dest
IF IF0 ELSE0 1
Здесь IF0, ELSE0 это название блоков, в которых стоит переходить в зависимости от условия.
Транслируется в:
mov rax, 1
cmp rax, 0
jne IF0
jmp ELSE0
В данном разделе я проведу сравнение скорости исполнения ELF файла и исполнения байт кода, сгенерированным моим фронтэндом, на виртуальном процессоре. В таблице приведенны результаты прогонки программы 100 раз.
| Исполнитель | Время выполнения,мc | Коэффицент ускорения |
|---|---|---|
| Виртуальный процессор | 0.139 | 1 |
| Реальный процессор | 0.003 | 46.3 |
Как мы видим, скорость выполнения программы ускорилась в 46 раз.
В этом проекте был сделан компилятор для моего языка. После сравнения производительности мы убедились, что файл, который генерируется, исполняется быстрее.
React
Typescript
Django
Laravel
Facebook
Microsoft
Google
Alibaba
D3
Tencent