MIPS 程序集中的面向对象继承

Question

我是一名计算机科学专业的学生，​​目前正在学习编译课程，我们在课程期间有一个项目是用 IC 语言构建编译器，它是Java 语言。我正处于最后一部分，我需要生成 MIPS 程序集，而无需从 IR 树分配寄存器。
我试图了解对象实例在 MIPS 程序集中是如何表示的。我知道我需要为每个对象实例生成一个虚拟函数表（其中包含与实例相关的函数的地址）。
我的问题是：
我是否需要为类字段做一个类似的表，因为字段也是继承的。你建议怎么做？
此外，如果有人能举例说明对于继承类和字段的对象实例，真正的 MIPS 汇编代码是什么样子的，我将不胜感激。
例如 MIPS 代码会是什么样子看起来像：

class A{
    int x;
    void f(){}
}

class B extends A{
    int y;
    void g(){}

    void main(){
      A newObj = new B();
      newObj.f();
      newObj.x++;
    }
}

Answer 1

我只解决这部分问题：

此外，如果有人能举例说明真正的 MIPS 汇编代码的外观，我将不胜感激

我确实以某种方式将您的示例重写为 C++，带有少量开关的 C++ 编译器不会完全优化它并保留字段和调用（如果您想知道为什么使用 volatile 以及其他一些东西，只是为了防止编译器生成像return value = 5, return 这样的程序集...当您只想查看一些“示例”代码时，C++ 编译器的优化往往有点令人讨厌。

class A {
  public:
    volatile int x;
    virtual void f(){
      ++x;
    }
};

class B : public A {
  public:
    volatile int y;
    B(int i) {
      y = i;
      x = i-1;
    }
    virtual void f(){
      x += 2;
    }
    void g() {
      f();
      x += 3;
      ++y;
    }
};

int footest(int in) {
  B* obj = new B(in);
  A* obj_A_alias = obj;
  obj_A_alias->f();     // calling B::f(), because f is virtual
  obj->g();
  obj->f();
  obj->A::f();          // forcing A::f() call (on B instance)
  int result = obj->x + obj->y;
  delete obj;
  return result;
}

现在，如果您将其放入 http://godbolt.org/ 并使用选项 -O3 -std=c++11 -fno-loop-optimize -fno-inline 将编译器设置为 MIPS gcc 5.4，您将获得以下输出：

$LFB0 = .
A::f():
$LVL0 = .
        lw      $2,4($4)
        addiu   $2,$2,1
        sw      $2,4($4)
        j       $31
        nop

$LFB7 = .
B::f():
$LVL1 = .
        lw      $2,4($4)
        addiu   $2,$2,2
        sw      $2,4($4)
        j       $31
        nop

$LFB3 = .
A::A():
$LVL2 = .
$LBB2 = .
        lui     $2,%hi(vtable for A+8)
        addiu   $2,$2,%lo(vtable for A+8)
        j       $31
        sw      $2,0($4)

$LBE2 = .
        A::A() = A::A()
$LFB5 = .
B::B(int):
$LVL3 = .
        addiu   $sp,$sp,-40
        sw      $17,32($sp)
        move    $17,$5
        sw      $31,36($sp)
        sw      $16,28($sp)
$LBB3 = .
        jal     A::A()
        move    $16,$4

$LVL4 = .
        addiu   $2,$17,-1
$LBE3 = .
        lw      $31,36($sp)
$LBB4 = .
        sw      $17,8($16)
        sw      $2,4($16)
        lui     $2,%hi(vtable for B+8)
$LBE4 = .
        lw      $17,32($sp)
$LVL5 = .
$LBB5 = .
        addiu   $2,$2,%lo(vtable for B+8)
        sw      $2,0($16)
$LBE5 = .
        lw      $16,28($sp)
$LVL6 = .
        j       $31
        addiu   $sp,$sp,40

        B::B(int) = B::B(int)
$LFB8 = .
B::g():
$LVL7 = .
        lw      $2,0($4)
        addiu   $sp,$sp,-32
        sw      $16,24($sp)
        sw      $31,28($sp)
        lw      $25,0($2)
        jalr    $25
        move    $16,$4

$LVL8 = .
        lw      $2,4($16)
        lw      $31,28($sp)
        addiu   $2,$2,3
        sw      $2,4($16)
        lw      $2,8($16)
        addiu   $2,$2,1
        sw      $2,8($16)
        lw      $16,24($sp)
$LVL9 = .
        j       $31
        addiu   $sp,$sp,32

$LFB9 = .
footest(int):
$LVL10 = .
        lui     $28,%hi(__gnu_local_gp)
        addiu   $sp,$sp,-32
        addiu   $28,$28,%lo(__gnu_local_gp)
        sw      $16,24($sp)
        move    $16,$4
$LVL11 = .
        sw      $31,28($sp)
        lw      $25,%call16(operator new(unsigned int))($28)
1:      jalr        $25
        li      $4,12                 # 0xc

$LVL12 = .
        move    $5,$16
        move    $16,$2
$LVL13 = .
        jal     B::B(int)
        move    $4,$2

$LVL14 = .
$LVL15 = .
        jal     B::f()
        move    $4,$16

$LVL16 = .
        jal     B::g()
        move    $4,$16

$LVL17 = .
        lw      $2,0($16)
        lw      $25,0($2)
        jalr    $25
        move    $4,$16

$LVL18 = .
        jal     A::f()
        move    $4,$16

$LVL19 = .
        move    $4,$16
        lw      $28,16($sp)
        lw      $2,4($16)
        lw      $16,8($16)
$LVL20 = .
        lw      $25,%call16(operator delete(void*))($28)
$LVL21 = .
1:      jalr        $25
        addu    $16,$2,$16

$LVL22 = .
        move    $2,$16
        lw      $31,28($sp)
        lw      $16,24($sp)
$LVL23 = .
        j       $31
        addiu   $sp,$sp,32

typeinfo name for A:
        .ascii  "1A\000"
typeinfo for A:
        .word   vtable for __cxxabiv1::__class_type_info+8
        .word   typeinfo name for A
typeinfo name for B:
        .ascii  "1B\000"
typeinfo for B:
        .word   vtable for __cxxabiv1::__si_class_type_info+8
        .word   typeinfo name for B
        .word   typeinfo for A
vtable for A:
        .word   0
        .word   typeinfo for A
        .word   A::f()
vtable for B:
        .word   0
        .word   typeinfo for B
        .word   B::f()

Try it 在实际站点上，因此您还将获得彩色提示，哪一部分代码属于哪一部分源代码（如果那是您的目标平台，还有 MIPS64 编译器）。

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编辑：您也应该尝试-O0 选项，该输出很可能与您可以通过一个学生单独的项目合理实现的目标更相关。

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我在 MIPS 方面不够好，无法向您解释那里发生了什么，我也没有时间这样做，但是如果您正在制作编译器，您应该比我更了解它。

C++ 源代码演示了如何完成虚拟调用 ($LVL17)、非虚拟父调用 ($LVL18)、非虚拟自调用 ($LVL16) 和字段值访问 ($LVL19)。

现在请记住，这是专业的优化工具，所以如果您以不太理想的解决方案结束，应该没问题。还要记住，Java 和 C++ 的编译有点不同，在 Java 中，最终结果不像 C++ 那样“静态”，所以可能你没有足够的信息来像 C++ 那样积极地优化，就像非虚函数调用只是用目标地址或字段硬编码......

毕竟，如果它是 Java，你不能指望它是最优的，对于托管运行时语言来说，它有点好，加上高质量的 JIT 编译器，基本的代码速度可以与 C++ 相提并论，但是一旦你会被低效的 Java 数据结构、C++ 的“嗖嗖”声所击中。