R5000については他の講義で学習していると思うが、簡単に解説しておく。

• レジスタの構成：プロセッサには、汎用レジスタが３２個、浮動小数点レジスタが３２個あるが、コンパイラでは、以下のレジスタのみを使い、その使い方を限定する。$0は常に０のレジスタである。このプロセッサの規則では、$2は関数の帰り値、$29($sp)はスタックポインタ、$31はコール命令で関数の戻り番地を格納するのに用いられる。$4-$7の４つのレジスタは、４つまでの引数を格納するのに用いる。$8から$11まではコンパイラの作業に用いるレジスタである。
• ロード命令：　lw dst, offset(reg) reg+offsetのメモリの1word(32bit)を内容を、dstのレジスタに格納する。
• ストア命令：　sw src, offset(reg) reg+offsetへ、srcの1wordの内容を格納する。
• 即値ロード命令：　li dst,int intの数値を、dstにセットする。
• レジスタ間移動命令：　move dst,src　srcのレジスタの内容をdstにコピーする。
• 演算命令：　addu dst,src1,src2 src1,src2のレジスタの内容を加算し、dstにセットする。このほかに、減算subu, 乗算mulなどがある。
• 比較演算命令：　sgt dst,src1,src2 レジスタsrc1の値がsrc2よりも大きい場合には、1,それ以外の場合には0をdstにセットする。このほかに、sltやseq命令がある。
• 条件分岐命令：　beq src1,src2,label レジスタsrc1の値とsrc2の内容が等しい場合にlabelに分岐する。ここでは、条件分岐命令はこの命令のみを用いる。
• 分岐命令：　b label labelに分岐する。
• 関数呼び出し命令：　jal labelに、labelに分岐し、次の命令のアドレス（戻り番地）を$31に書きこむ。
• レジスタ分岐命令：　jr reg　レジスタregにある番地に飛ぶ。関数のreturnに用いる。

　スタックマシンではコンパイラに都合が良いように呼び出し規則を考えたが、実際のマシンでは呼び出し規則は決められており、命令を組み合わせて行わなくてはならない。命令としては、次のように使う。

呼び出し側では、jal 命令を用いる。

　　jal foo

ラベルfooにjumpした時には、$31に戻り番地が入る。従って、関数の先頭ではこの$31をフレームのどこかにとっておかなくてはならない。関数から戻るときに、この戻り番地をとりだし、元に戻る。

　　foo: sw $31, フレームのどこか

　　　　　... 本体 ....

lw $31, 格納したところ

　　　　　 jr $31

また、このプロセッサの規則では４個までの引数はレジスタ$4-$7に入れて渡すことになっている。これ以上の引数がある場合には、スタックに積んで渡すが、ここでは4個までの引数のみにすることにする。他の関数を呼び出さない場合には、レジスタ上においておいても良いが、他の関数をさらに呼び出すときには、このレジスタをつかわなくてはならないので、通常は関数の先頭でスタック上に保存しておく。

　さて、フレームの構造は図のようにする。

• 引数の保存領域は、呼び出し側の関数のフレームに取る。これは４個以上の引数があった場合に連続した領域にとるためにこのようにしてある。ここでは、４wordの固定の領域である。
• 次に、局所変数の領域がとられる。
• レジスタには数に限りがあるのでレジスタが足りなくなったり、関数呼び出しがある場合には、レジスタの退避領域に保存しておく。レジスタは他の関数でも使うので、関数呼び出しの前には必要なレジスタの値は保存しておかなくてはならない。
• 関数の戻り番地も保存しておく。

スタックマシンの場合には、フレームポインターを使ったが、フレームのサイズはかわらないので、フレームポインターが必要なくなっていることに注意。

　さて、x = foo(1,2)と関数呼び出しをするコードは、以下のようになる。

lw $5, 2

jal foo

関数の本体は、

となる。

　一般的に、コンパイラはコンパイラが作り安いように中間コードを設計し、構文解析によって得られた構文木を中間コードに変換する。ここで最適化などの解析を行い、最終的にマシンコードに変換する。中間コードを適当に設計することによって、実際のマシンから独立したものになり、いろいろなマシンに対応できるようにもなる。

　tiny Cのターゲットとして考える中間コードは、以下のコードである。

• LOADI r, n ：整数nを変数rにnをセット。
• LOADA r, n ：n番目の引数を変数rにセットする。
• LOADL r, n ：n番目の局所変数を変数rにセットする。
• STOREA r, n ：変数rの値をn番目の引数に格納する。
• STOREL r, n ：変数ｒの値をn番目の局所に格納する。
• ADD　r,r1,r2 ：変数r1,r2を加算し、結果をrに格納する。
• SUB r,r1,r2 ：変数r1,r2を減算し、結果をrに格納する。
• MUL r,r1,r2 ：変数r1,r2を乗算し、結果をrに格納する。
• GT r,r1,r2：r1とr2して比較し、＞ならrに１、それ以外は０をセットする。
• LT　r,r1,r2：r1とr2して比較し、＜ならrに１、それ以外は０をセットする。
• BEQ0 r, L ：rが 0だったら,ラベルＬに分岐する。
• JUMP　Ｌ : ラベルLにジャンプする。
• CALL　r, e : 関数エントリeを関数呼び出しをし、結果をrにセットする。
• ARG r,n: ｒをn番目の引数とする。
• RET　ｒ ： 変数rを返り値として、関数呼び出しから帰る。
• PRINTLN　r, s: sのformatで、printlnを実行する。
• LABEL 　Ｌ：　ラベルＬを示す。

中間コードへの変換

　実際のコンパイラでは、この中間コードについて様々な最適化をし、最後にこれをマシンコード（アセンブリ言語）を出力する。マシンコードに変換するために最低限必要なのは、コンパイラで作り出した変数（仮想レジスタ）に実際のレジスタを割り当てる作業（register allocation）である。レジスタ割り当てには、実際のレジスタにどの変数が割り当てられているかを示すtmpRegStateという配列と変数がレジスタになくレジスタ退避領域にある変数を示すtmpRegSaveという配列を用いている。tmpRegStateは$8-$11のレジスタ、tmpRegSaveは退避領域に対応している。以下の関数を用意した。

• initTmpReg()　レジスタ割り当ての初期化,関数の最初で行う。
• getReg(r) 変数rに実際のレジスタを割り当て、そのレジスタ番号を返す。
• useReg(r) 変数rに割り当てられているレジスタ番号を返す。もしも、退避領域にあるのであれば、その変数をレジスタに復帰させ、そのレジスタ番号を返す。
• freeReg(r) レジスタrを開放する。
• saveTmpRegs() レジスタに割り当てられている変数すべてを退避領域に格納する。

これを使ってたとえば、ADD　r, r1, r2の中間コードについては以下のようにしてコードを生成する。

1. r1,r2について、useRegで現在割り当てられているレジスタを求める。これをR1,R2とする。
2. R1、R2をfreeRegで開放する。
3. getRegでrにレジスタを割り当てる。これをRとする。
4. addu R,R1,R2のコードを生成する。

なお、中間コードの生成では変数は一回しか使われないようにしている。従って、使ってしまえば、開放してよい。しかし、実際のコンパイラではこのような条件は必ずしも成立しないことがあるので、レジスタの開放はこの命令以降、レジスタが使われないことを確かめなくてはならない。

　CALL命令では、saveTmpRegsで現在使われているレジスタを退避させなくてはならないことに注意。

とすれば、実行できる。

ヒント：

• まずは,適当なプログラムを作ってみて、-Sのオプションを付けてコンパイルして、どのようなコード変換されるかを調べること。
• Cの大域的な宣言 int a[10]は、.common a,40のようにコンパイルされている
• 要素の参照は、... = a[i]は、例えば、以下のようにコンパイルされる。