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Geração de código objeto

A geração de código compreende a última fase do modelo de compilador que está sendo estudado.

Essa etapa recebe como entrada uma representação intermediaria e junto com a tabela de símbolos produz um código de saída semanticamente equivalente a entrada e que será executado por um processador.

Em princípio a máquina que gera o código não precisa ser necessariamente a máquina que irá executar o código, por exemplo os compiladores que geram código nativo para dispositivos móveis ou software embutidos.



Os principais requisitos para geração de código objeto são os seguintes. O código gerado deve ser de alta qualidade;

O código gerado deve fazer uso efetivos de recursos de máquina;

O código gerado deve executar eficientemente;


Pelo fato dos compiladores terem que produzir código eficiente é importante destacar a importância da etapa de otimização de código nesse processo.

Um dos critérios mais importantes para um gerador de código é que ele produza um código correto.


O gerador de código é composto por três tarefas principais: Seleção de instruções: Escolhe instruções apropriadas da arquitetura

alvo.

Alocação e atribuição de registradores: Define os valores dos registrados e quais registradores devem ser utilizados.

Escalonamento de instrução: Decida a ordem em que as instruções devem ser escalonadas.


A arquitetura da máquina alvo tem um impacto significativo na construção de geradores de código.

Entre as arquiteturas mais comuns temos a RISC, CISC, e baseadas em pilha. RISC (reduced intruction set computer): possui muitos registradores e

instruções simples.

CISC (complex intruction set comulter) : Possui menos registradores e instruções complexas.

Baseadas em pilha: As operações são feitas colocando os operandos em pilha e efetuando as operações com base no topo da pilha.


Formas de produzir um código objeto: Linguagem de máquina absoluta: A saída é um código objeto que

é alocado e executado diretamente na memória logo após a sua compilação. Compiladores que implementam esse tipo de código são conhecidos com load and go compilers e são utilizados em ambientes acadêmicos.

Linguagem de máquina realocável: Permite a compilação separada em subprogramas ou módulos, um programa separado faz a ligação dos módulos compilados. Isso permite que a compilação seja feita por módulos realocáveis.

Linguagem assembly: são geradas instruções simbólicas, para que um montador auxilie a geração do código objeto.

Tarefa principais da geração de código objetoSeleção de instruções

O gerador de código precisa mapear as instruções geradas na representação intermediaria para uma sequência de código que a arquitetura alvo possa entender.

A complexidade desse processo é determinada por três fatores: Nível da representação intermediaria.

Natureza da arquitetura de instruções.

Qualidade do código gerado.


A natureza da arquitetura de instruções tem um fator primordial na geração de código pois se a máquina alvo não prover uma instrução para cada tipo de dados podem ocorrer exceções a regra o que exigira tratamentos especiais,

Outro fator crítico e a velocidade de execução que as instruções oferecem.


Código

intermediário

Código Gerado

x := y + z LD R0, y // carrega y ao

registrador R0

ADD R0, R0, z // soma z a R0 (R0 = R0 +

0 )

ST x, R0 // armazena R0 em x ( x =

R0 )


Na maioria das máquinas uma sequência de código intermediário pode ser gerar diversas formas de código objeto.

Exemplo: Nesse caso uma família de processadores pode possuir o registrador chamado INC que faz o incremento de um valor, porem outros processadores podem não ter esse registrador, nesse caso temos uma exceção que deve ser tratada pelo gerador de código.


Código intermediárioa := a + 1

Processador família x45 Processador família 8455INC a, #1 LD R0, a

ADD R0, R0, #1

ST a, R0


Essas informações de arquitetura devem estar disponíveis para que o algoritmo de geração de código tenha condições de efetuar a escolha correta de instrução para obter um melhor resultado.

Tarefa principais da geração de código objetoAlocação de registradores

Outro desafio na geração de código é a correta seleção dos valores que irão residir nos registradores.

O registrador é uma área dos processadores que armazém valores e permitem realizador operações de forma rápida, os valores utilizados pelos registradores devem residir na memória do computador.

A alocação e atribuição de registradores ocorre com seleção de um registrador especifico para qual uma variável será armazenada.

Tarefa principais da geração de código objetoOrdem de avaliação

Trata-se da ordem em que as operações são efetuadas, a correta avaliação das dependências, manter resultados intermediários e execução de várias operações ao mesmo tempo.

MontadoresTexto baseado no material disponde em http://www.dca.fee.unicamp.br/~eleri/ea876/04/cap10.pdf.

Em muitos casos o resultado do processo de compilação é um arquivo contendo um programa em assembly correspondente ao programa de alto nível.

Esse programa em linguagem assembly, ou linguagem simbólica, possui todas as instruções de máquina para gerar o programa executável na arquitetura alvo.

O montador (assembler) é o programa do responsável por traduzir o código assembly em linguagem de máquina, traduzindo cada instrução do programa para a sequência de bits que codifica a instrução de máquina

MontadoresTexto baseado no material disponde em http://www.dca.fee.unicamp.br/~eleri/ea876/04/cap10.pdf.

Como cada processador tem sua própria linguagem, montadores são específicos para processadores.

O processo de montagem recebe como entrada um arquivo texto com o código fonte do programa em assembly e gera como saída um arquivo binário, o módulo objeto, contendo o código de máquina e outras informações relevantes para a execução do código gerado.

Carregadores e LigadoresTexto baseado no material disponde em http://www.dca.fee.unicamp.br/~eleri/ea876/04/cap11.pdf.

Os montadores geram um arquivo de conteúdo binário, contendo o código objeto associado ao arquivo-fonte de entrada.

O arquivo com o código objeto contém parte da informação necessária à sua execução, para que ocorra a execução é preciso que esse código seja transferido para a memória principal. Se, ainda, o código faz referências a elementos (dados ou rotinas) externas, será preciso integrar essas referências ao código executável.


A ligação, que resolve as referências que tenham sido feitas a dados e rotinas em outros programas, e o carregamento, que transfere o programa montado para a memória principal e dá início à sua execução.


O formato do módulo objeto ou arquivo executável conte as seguintes informações. Cabeçalho: contém a identificação do tipo de arquivo e dados sobre o

tamanho do código e eventualmente o arquivo que deu origem ao arquivo objeto;

Código gerado: contém as instruções e dados em formato binário, apropriado ao carregamento;

Relocação: contém as posições no código onde deverá ocorrer mudanças de conteúdo quando for definida a posição de carregamento;

Símbolos: contém os símbolos globais definidos no módulo e símbolos cujas definições virão de outros módulos;

Depuração: contém referências para o código fonte, tais como o número de linha, nomes originais dos símbolos locais e estruturas de dados definidas.

Exercícios

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