Учебное пособие: Мова програмування Assembler

У мові Сі немає операторів введення/виведення, усе введення/виведення виконується за допомогою функцій. Унаслідок цієї особливості мови Сі розроблена стандартна бібліотека функцій. Існування цього стандарту і складає головну привабливість мови Сі, тому що робить програми на Сі мобільними для переносу з однієї системи на іншу.

3. Види асемблерів

Макроасемблер MASM фірми MICROSOFT асемблює програми мовою асемблера для мікропроцесорів 8086, 8088, 80186 і 80286 і створює об'єктні файли, що можуть редагуватися і виконуватися в операційній системі MS-DOS. Макроасемблер забезпечує виконання наступних функцій:

1. Аналіз вихідного тексту мовою асемблера на предмет наявності у ньому макрокоманд та макровизначень, і обробка цих конструкцій з відповідною корекцією вихідного тексту.

2. Синтаксичний аналіз отриманого тексту і виведення необхідної діагностичної інформації.

3. Формування об'єктного модуля. Сприймаючи як вхід один файл із вихідним текстом, макроасемблер може формувати до трьох вихідних файлів, як показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Робота макроасемблера

Розширення імен файлів, показані на малюнку, приймаються за замовчуванням. Файл лістинга містить роздруківку вихідного тексту у відповідності зі специфікованими директивами асемблера режимами і діагностичними повідомленнями про результати синтаксичного аналізу. Ці ж повідомлення дублюються на консолі.

Файл перехресних посилань містить усі використовувані у вхідному тексті ідентифікатори. Надалі він може бути використаний утилітою CREF.

У файлі об'єктного коду формується об'єктний модуль. Цей файл не формується, якщо в тексті виявлені помилки.

4. Види компіляторів C

Borland International

Вихід компілятора Turbo C являє собою розумний, але не дуже оптимізований код. Крім згортки констант, видалення зайвих завантажень регістрів і алгебраїчних спрощень, компілятор виконує тільки зниження потужності, видалення недосяжного коду і розміщення змінних у регістрах. Він не підтримує інші загальні методи оптимізації, такі як видалення зайвих збережень, загальних підвиразів і змінні індукції циклу, а також винесення інваріантного коду. Turbo C розумно керує прологом і епілогом функцій і використанням регістрів, засилаючи в стек і витягаючи тільки ті регістри, що явно використовуються усередині тіла функції.

Computer Innovation Inc

Компілятор C86Plus виробляє чудовий код із середнім рівнем оптимізації. Він виконує базові прийоми оптимізації, такі як згортка констант і розмноження копій. Однак він не виконує розмноження констант для видалення зайвих збережень. Хоча компілятор успішно виконує алгебраїчні спрощення, він породжує зайві інструкції через те, що розміщає результати в регістрах, замість того, щоб поміщати їх у змінні. Цей ефект виявляється в том, що при розміщенні змінних у регістрах починаються спроби перерозміщення, тому що при виконанні декількох операторів результати в дійсності повинні бути привласнені відповідним змінним. Хоча C86Plus успішно справляється зі згорткою явних присвоювань, що дублюються, в одне присвоювання, видалення зайвих збережень він виконує хитливо. Він не виконує істотну оптимізацію циклів.

Datalight Inc

З появою Optimum-C Datalight стала одним з перших постачальників, що запропонували оптимізований компілятор. Хоча набір тестів не підтвердив наочно претензії Datalight на глобальну оптимізацію, Optimum-C спрацював так добре в деяких фрагментах тесту, що продемонстрував слабкі фрагменти набору, які вимагають змін для удосконалення бажаної перевірки. Наприклад, у першій версії функції jump-compression не поверталося значення, що робило всі обчислення і присвоювання у функції зайвими. Optimum-C виявив це і видалив велику частину коду функції, включаючи ланцюжок переходів. У тесті розмноження констант і копій Optimum-C визначив, що присвоювання i5 в обох умовних операторах є зайвим стосовно наступних присвоювань. Компілятор видалив не тільки ці присвоювання, але й умовні оператори. Незадовільним виявилося видалення зайвих збережень значень регістрів. Optimum-C - єдиний компілятор, що намагався виконати глибоке видалення загальних виражень. Перевірка згенерованого коду показала, що загальне вираження i5+i2 було переміщено вище першого базового блоку умовного оператора, але не було вилучено з другого. Поза обмеженнями на стандартне використання регістрів, що накладаються сімейством мікропроцесорів 80x86, Optimum-C розумно використовує регістри. У функції jump-compression кожен переданий параметр був поміщений у регістр. Усередині тіла функції не було посилань у пам'ять, крім початкового засилання в регістри. Однією важливою областю, у якій компілятор Optimum-C вимагає поліпшень, є оптимізація циклів. Компілятор не намагається виконувати винесення інваріантного коду і видалення змінних індукції циклу. Тест виконання показав, що компілятор Datalight дуже ефективно керує введенням/висновком getc/putc, а інші тести виконуються в прийнятний час.

Lattice Inc

Компілятор, що має велику історію, Lattice MS-DOS C послідовно удосконалювався з кожною новою версією. Він відомий як генератор стабільного, передбачуваного коду і виконує помірну оптимізацію. Lattice С виконує зниження потужності, стиск ланцюжка переходів і видалення загальних підвиразів. Він не видаляє присвоювання, що дублюються після тесту вбудованих функцій і зайві присвоювання у функції dead-code. Lattice C не виконує оптимізацію циклів.

Manx Software Systems Inc

Компілятор Aztec C86 згенерував чудовий код з досить гарним рівнем оптимізації. Крім згортки констант і алгебраїчних спрощень, Aztec C86 виконав зниження потужності і видалення загальних підвиразів. Однак, він не виконав видалення зайвих присвоювань і не видаляв недосяжний код. Aztec C86 згенерував код для недосяжного оператора printf разом з безумовним переходом через нього. Оскільки будь-яка програма на Сі має значну кількість викликів функцій, заголовок кожного виклику необхідно мінімізувати. Aztec C86 використовує незвичайний, але ефективний підхід до рішення цієї проблеми. На виході компілятора виходить текст у мові асемблера, що обробляється окремим асемблером. Компілятор вставляє в текст директиви умовного асемблювання навколо коду, що встановлює стековий фрейм і зберігає регістри. Після генерації коду функції, компілятор визначає символи для керування установкою стекового фрейму і збереження тільки тих регістрів, що використовуються у функції. Aztec C86 не зміг вирішити задачу перетворення ланцюжка переходів в один перехід до кінцевої мети. Він також не виконував оптимізацію циклів.

Metaware Inc

High C виробляє чудовий код із середнім рівнем оптимізації. Компілятор виконує всі базові види оптимізації, включаючи згортку констант і алгебраїчні спрощення, видалення зайвих операцій завантаження регістрів, зниження потужності і видалення загальних підвиразів. Компілятор Metaware видаляє недосяжний код, але не видаляє зайві присвоювання. High C розумно використовує машинно-залежні інструкції. Компілятор удосконалить завантаження констант із крапкою, що плаває, використовуючи команду копіювання рядків MOVS процесорів 80x86 для запису значень із крапкою, що плаває, обчислених під час компіляції. Він також генерує інструкцію LEAVE процесорів 80x86 для епілогу функцій, але встановлює адресацію стекового фрейму в пролозі функції за допомогою окремих інструкцій, а не використовуючи більш тривалу інструкцію ENTER. Компілятор High C не виконує винесення інваріантного коду, важливий метод оптимізації циклів. Він також не зміг застосувати успішне видалення змінних індукції циклів. Вбудовані функції підтримуються для декількох цілочисленних і строкових операцій, таких як strlen .

Microsoft C

У версії 5.0 свого компілятора Сі корпорація Microsoft вивела на ринок PC високий рівень оптимізації коду. Microsoft приділяє багато уваги аналізу циклів. C 5.0 - єдиний з розглянутих компіляторів, що виконує винесення інваріантного коду і сьогоденне видалення змінних індукції циклів. Компілятор Microsoft C 5.0 чудово використовує регістри, намагаючись мінімізувати звертання до пам'яті в тілі циклу . Простий приклад циклу в коді тесту демонструє ступінь оптимізації циклів, який виконує Microsoft C 5.0. Компілятор застосовує зниження потужності і цілком видаляє константне множення, виявляє кінцевий стан змінних, і поміщає в регістри всі змінні всередині циклу. C 5.0 видаляє цикл for і генерує код тільки з метою установки кінцевого стану змінної - індексу циклу й оператора, включеного в цикл. Компілятор також добре використовує регістри. Увага фірми Microsoft до оптимізації винагороджується при роботі тесту виконання. Він виконується за час, що є кращим чи близько до кращого по кожній категорії.

WATCOM

Новітній суперник, що завойовує позиції на ринку компіляторів C - WATCOM C 6.0 (див. Product Watch, Philip N. Hisley, за цей місяць). C 6.0 виробляє компактний код, що чудово використовує трохи обмежений комплект регістрів сімейства 80x86. Крім виконання базових прийомів оптимізації, він підтримує зниження потужності і видалення недосяжного коду і загальних підвиразів. У той час, як Microsoft досягає поліпшення коду завдяки оптимізації циклів, WATCOM збільшує швидкість шляхом зменшення керуючих заголовків викликів функцій до їхнього абсолютно мінімального розміру. Він досягає цього, шляхом переважної передачі параметрів через регістри, а не через стек. WATCOM дуже добре видаляє недосяжний код. C 6.0 не тільки видалив непотрібні присвоювання і недосяжний код усередині функції, але він також видалив пролог і епілог функції і згорнув усю функцію до простого повернення, приписавши ім'я функції до інструкції повернення основної функції. На завершення всього, компілятор видалив локальний виклик функції. Наскільки C 6.0 витончений у знищенні марної функції, настільки ж він безпомічний при видаленні марного присвоювання, що дублюється. Найбільш важлива область, за яку WATCOM C 6.0, як і Optimum-C, не зміг узятися, була оптимізація циклів. Він не підтримує винесення інваріантного коду і видалення змінної індукції циклів. Хоча C 6.0 не виконує розгортання циклів в окремі команди, він (також як Datalight Optimum-C і Computer Innovations C86Plus) використовує команду REP/STOSW процесорів 80x86 для ініціалізації тестового масиву, завдяки чому видаляє цикл. Прекрасна генерація коду в WATCOM, зокрема, розумне використання регістрів, дає йому дуже важлива перевага. Він переміг у більшості тестів, що інтенсивно використовують процесор, і при цьому виконувався для великої моделі в кращий час, ніж більшість інших компіляторів для малої моделі. До слабких сторін WATCOM можна віднести введення/виведення файлів, використання getc і putc. Тут він близький до найгірших компіляторів.

Лекція 4