調用C標準庫的exit函數

在上一篇文章中，實現了對大於號（>）的處理，那麼對if表達式的編譯也就是信手拈來的事了，不解釋太多。在本篇中，將會講述一下如何產生能夠調用來自於C語言標準庫的exit(3)函數的彙編代碼。

在Common Lisp中並無一個叫作EXIT的內置函數，因此如同以前實現的_exit同樣，我會新增一種須要識別的(first expr)，即符號exit。爲了能夠調用C語言標準庫中的exit函數，須要遵循調用約定。對於exit這種只有一個參數的函數而言，情形比較簡單，只須要跟對_exit同樣處理便可。剛開始，我寫下的代碼是這樣的

(defun jjcc2 (expr globals)
  ;; 省略沒必要要的內容
  (cond ;; 省略沒必要要的內容
        ((member (first expr) '(_exit exit))
         ;; 暫時以硬編碼的方式識別一個函數是否來自於C語言的標準庫
         `((movl ,(get-operand expr 0) %edi)
           (call :|_exit|)))))

對(exit 1)進行編譯，會獲得以下的代碼

.data
        .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
        .globl _main
_main:
        MOVL $1, %EDI
        CALL _exit

不過這樣的代碼通過編譯連接以後，一運行就會遇到段錯誤（segmentation fault）。通過一番放狗搜索後，才知道原來在macOS上調用C函數的時候，須要先將棧對齊到16字節——我將其理解爲將指向棧頂的指針對齊到16字節。因而乎，我將jjcc2修改成以下的形式

(defun jjcc2 (expr globals)
  ;; 省略沒必要要的內容
  (cond ;; 省略沒必要要的內容
        ((member (first expr) '(_exit exit))
         ;; 暫時以硬編碼的方式識別一個函數是否來自於C語言的標準庫
         `((movl ,(get-operand expr 0) %edi)
           ;; 據這篇回答（https://stackoverflow.com/questions/12678230/how-to-print-argv0-in-nasm）所說，在macOS上調用C語言函數，須要將棧對齊到16位
           ;; 僞裝要對齊的是棧頂地址。由於棧頂地址是往低地址增加的，因此只須要將地址的低16位抹掉就能夠了
           (and ,(format nil "$0x~X" #XFFFFFFF0) %esp)
           (call :|_exit|)))))

結果發現仍是不行。最後，實在沒轍了，只好先寫一段簡單的C代碼，而後用gcc -S生成彙編代碼，來看看究竟應當如何處理這個棧的對齊要求。一番瞎折騰以後，發現原來是要處理RSP寄存器而不是ESP寄存器——我也不曉得這是爲何，ESP不就是RSP的低32位而已麼。

最後，把jjcc2寫成下面這樣後，終於能夠成功編譯(exit 1)了

(defun jjcc2 (expr globals)
  "支持兩個數的四則運算的編譯器"
  (check-type globals hash-table)
  (cond ((eq (first expr) '+)
         `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
           (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
           (addl %ebx %eax)))
        ((eq (first expr) '-)
         `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
           (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
           (subl %ebx %eax)))
        ((eq (first expr) '*)
         ;; 將兩個數字相乘的結果放到第二個操做數所在的寄存器中
         ;; 由於約定了用EAX寄存器做爲存放最終結果給continuation用的寄存器，因此第二個操做數應當爲EAX
         `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
           (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
           (imull %ebx %eax)))
        ((eq (first expr) '/)
         `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
           (cltd)
           (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
           (idivl %ebx)))
        ((eq (first expr) 'progn)
         (let ((result '()))
           (dolist (expr (rest expr))
             (setf result (append result (jjcc2 expr globals))))
           result))
        ((eq (first expr) 'setq)
         ;; 編譯賦值語句的方式比較簡單，就是將被賦值的符號視爲一個全局變量，而後將eax寄存器中的內容移動到這裏面去
         ;; TODO: 這裏expr的second的結果必須是一個符號才行
         ;; FIXME: 不知道應該賦值什麼比較好，先隨便寫個0吧
         (setf (gethash (second expr) globals) 0)
         (values (append (jjcc2 (third expr) globals)
                         ;; 爲了方便stringify函數的實現，這裏直接構造出RIP-relative形式的字符串
                         `((movl %eax ,(get-operand expr 0))))
                 globals))
        ;; ((eq (first expr) '_exit)
        ;;  ;; 由於知道_exit只須要一個參數，因此將它的第一個操做數塞到EDI寄存器裏面就能夠了
        ;;  ;; TODO: 更好的寫法，應該是有一個單獨的函數來處理這種參數傳遞的事情（以符合calling convention的方式）
        ;;  `((movl ,(get-operand expr 0) %edi)
        ;;    (movl #x2000001 %eax)
        ;;    (syscall)))
        ((eq (first expr) '>)
         ;; 爲了能夠把比較以後的結果放入到EAX寄存器中，以我目前不完整的彙編語言知識，能夠想到的方法以下
         (let ((label-greater-than (intern (symbol-name (gensym)) :keyword))
               (label-end (intern (symbol-name (gensym)) :keyword)))
           ;; 根據這篇文章（https://en.wikibooks.org/wiki/X86_Assembly/Control_Flow#Comparison_Instructions）中的說法，大於號左邊的數字應該放在CMP指令的第二個操做數中，右邊的放在第一個操做數中
           `((movl ,(get-operand expr 0) %eax)
             (movl ,(get-operand expr 1) %ebx)
             (cmpl %ebx %eax)
             (jg ,label-greater-than)
             (movl $0 %eax)
             (jmp ,label-end)
             ,label-greater-than
             (movl $1 %eax)
             ,label-end)))
        ((eq (first expr) 'if)
         ;; 假定if語句的測試表達式的結果也是放在%eax寄存器中的，因此只須要拿%eax寄存器中的值跟0作比較便可（相似於C語言）
         (let ((label-else (intern (symbol-name (gensym)) :keyword))
               (label-end (intern (symbol-name (gensym)) :keyword)))
           (append (jjcc2 (second expr) globals)
                   `((cmpl $0 %eax)
                     (je ,label-else))
                   (jjcc2 (third expr) globals)
                   `((jmp ,label-end)
                     ,label-else)
                   (jjcc2 (fourth expr) globals)
                   `(,label-end))))
        ((member (first expr) '(_exit exit))
         ;; 暫時以硬編碼的方式識別一個函數是否來自於C語言的標準庫
         `((movl ,(get-operand expr 0) %edi)
           ;; 據這篇回答（https://stackoverflow.com/questions/12678230/how-to-print-argv0-in-nasm）所說，在macOS上調用C語言函數，須要將棧對齊到16位
           ;; 僞裝要對齊的是棧頂地址。由於棧頂地址是往低地址增加的，因此只須要將地址的低16位抹掉就能夠了
           (and ,(format nil "$0x~X" #XFFFFFFFFFFFFFFF0) %rsp)
           (call :|_exit|)))))

生成的彙編代碼以下

.data
        .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
        .globl _main
_main:
        MOVL $1, %EDI
        AND $0xFFFFFFFFFFFFFFF0, %RSP
        CALL _exit

好了，這個時候我就在想，若是想要支持其它來自C語言標準庫的函數的話，只要依葫蘆畫瓢就行了，好像還挺簡單的——天真的我如此天真地想着。

全文完

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