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前回簡単なサブルーチンをやりましたが、 今回はサブルーチンからまた別のサブルーチンを呼ぶ、 というのをやってみたいです。 これも普通にできてほしい。
今の状態ではこれはできません。
なぜかというと、 ret で戻るときの戻り先アドレスを reg_c に入れているからです。
このまま2段目のサブルーチン呼び出しをやってしまうと、
call のときに reg_c が上書きされてしまい、2段目からは戻れても
1段目からは正しく戻れなくなってしまいます。
そこで、スタック領域というものを用意します。
メインメモリの末尾の方をスタック領域として使うのが一般的っぽいのですが、 ここではメインメモリとは別にスタック領域を用意します。 なぜならその方が簡単そうだから（どっちでもあんまり変わらない？）。 我々（？）は初心者なので難しそうなことをやってはいけません。
まあ、いったんこれで作っておいて後から変えることもできなくはなさそうです。
はい。ではやります。
まずスタック領域を用意します。 メインメモリと同じくただの配列です。
--- a/vgvm.rb +++ b/vgvm.rb @@ -16,6 +16,8 @@ class Vm @zf = 0 @mem = [] + # スタック領域 + @stack = Array.new(4, 0) end def load_program(path)
スタック領域のサイズはとりあえず 4 としました。かわいいスタックです。
それから、スタック領域の先頭がどこなのかを記憶しておく必要があるので、 その位置を保存しておくレジスタ、スタックポインタを追加します。
--- a/vgvm.rb +++ b/vgvm.rb @@ -18,6 +18,8 @@ class Vm @mem = [] # スタック領域 @stack = Array.new(4, 0) + # スタックポインタ + @sp = 3 end def load_program(path)
スタック領域のサイズを 4 としたので、 スタックポインタの初期値は、スタックの「底」である 3 を指すようにしておきます。 次の図のようなイメージです。
それから、 call と ret を書き換えて
reg_c ではなくスタック領域を使うようにします。
--- a/vgvm.rb +++ b/vgvm.rb @@ -66,11 +66,14 @@ class Vm addr = @mem[@pc + 1] jump_eq(addr) when "call" - @reg_c = @pc + 2 # 戻り先を記憶（call ではなく、その次の命令になるように） + @sp -= 1 # スタックポインタを1減らす + @stack[@sp] = @pc + 2 # 戻り先を記憶 next_addr = @mem[@pc + 1] # ジャンプ先 @pc = next_addr when "ret" - @pc = @reg_c + ret_addr = @stack[@sp] # 戻り先アドレスを取得 + @pc = ret_addr # 戻る + @sp += 1 # スタックポインタを戻す else raise "Unknown operator (#{op})" end
spから 1 を引いて戻り先アドレスをセット- 戻り先アドレスを取り出して
spに 1 を足す
が対になっているのがミソですね。
あわせてダンプ表示をいじります。
追加で @mem[@pc], @sp, @stack[@sp] も表示します。
--- a/vgvm.rb +++ b/vgvm.rb @@ -85,10 +85,12 @@ class Vm end def dump - puts "pc(%2d) | reg_a(%d) b(%d) c(%d) | zf(%d)" % [ + puts "%- 10s | pc(%2d) | reg_a(%d) b(%d) c(%d) | zf(%d) | sp(%d,%d)" % [ + @mem[@pc], @pc, @reg_a, @reg_b, @reg_c, - @zf + @zf, + @sp, @stack[@sp] ] end
機械語コードを書いて……
# 09_nested_call.vge.yaml [ "set_reg_a", 1, "call", 9, # sub1 # 4 sub1 からここに戻って来るはず "set_reg_a", 5, "exit", # 7 "label", "sub1", # 9 "set_reg_a", 2, "call", 18, # sub2 # 13 sub2 からここに戻って来るはず "set_reg_a", 4, "ret", # 16 "label", "sub2", # 18 "set_reg_a", 3, "ret" ]
動かしてみます。
$ ruby vgvm.rb 09_nested_call.vge.yaml
set_reg_a | pc( 0) | reg_a(0) b(0) c(0) | zf(0) | sp(3,0)
call | pc( 2) | reg_a(1) b(0) c(0) | zf(0) | sp(3,0)
set_reg_a | pc( 9) | reg_a(1) b(0) c(0) | zf(0) | sp(2,4) … call されて @pc が変更され、
スタック領域に sub1 からの戻り先アドレスがセットされた
call | pc(11) | reg_a(2) b(0) c(0) | zf(0) | sp(2,4)
set_reg_a | pc(18) | reg_a(2) b(0) c(0) | zf(0) | sp(1,13) … call されて @pc が変更され、
スタック領域に sub2 からの戻りアドレスがセットされた
ret | pc(20) | reg_a(3) b(0) c(0) | zf(0) | sp(1,13)
set_reg_a | pc(13) | reg_a(3) b(0) c(0) | zf(0) | sp(2,4) … ret により sub2 から戻った
ret | pc(15) | reg_a(4) b(0) c(0) | zf(0) | sp(2,4)
set_reg_a | pc( 4) | reg_a(4) b(0) c(0) | zf(0) | sp(3,0) … ret により sub1 から戻った
exit | pc( 6) | reg_a(5) b(0) c(0) | zf(0) | sp(3,0)
exit
いいですねー。 reg_a の値も 1, 2, 3, 4, 5 と予想どおりに変わっています。
ではアセンブリコードからやってみましょう。 今回はジャンプまわりの変更がないのでアセンブラの修正は不要でそのまま動くはず。
# 09_nested_call.vga.txt set_reg_a 1 call sub1 # sub1 を呼び出し set_reg_a 5 # sub1 からここに戻って来るはず exit label sub1 set_reg_a 2 call sub2 # sub2 を呼び出し set_reg_a 4 # sub2 からここに戻って来るはず ret label sub2 set_reg_a 3 ret
$ ./run.sh 09_nested_call.vga.txt set_reg_a | pc( 0) | reg_a(0) b(0) c(0) | zf(0) | sp(3,0) call | pc( 2) | reg_a(1) b(0) c(0) | zf(0) | sp(3,0) set_reg_a | pc( 9) | reg_a(1) b(0) c(0) | zf(0) | sp(2,4) call | pc(11) | reg_a(2) b(0) c(0) | zf(0) | sp(2,4) set_reg_a | pc(18) | reg_a(2) b(0) c(0) | zf(0) | sp(1,13) ret | pc(20) | reg_a(3) b(0) c(0) | zf(0) | sp(1,13) set_reg_a | pc(13) | reg_a(3) b(0) c(0) | zf(0) | sp(2,4) ret | pc(15) | reg_a(4) b(0) c(0) | zf(0) | sp(2,4) set_reg_a | pc( 4) | reg_a(4) b(0) c(0) | zf(0) | sp(3,0) exit | pc( 6) | reg_a(5) b(0) c(0) | zf(0) | sp(3,0) exit
さっきと同じ結果になっています。OK！
いやー、スタック領域を導入するだけで入れ子の呼び出しができてしまいました。 意外と簡単ですね？
