step10 实验指导

本实验指导使用的例子为：

int x = 2023;
int main() { return x; }

词法语法分析

针对全局变量，我们需要新设计 AST 节点来表示它，只需修改根节点的孩子类型即可：原先表示整个 MiniDecaf 程序的根节点只能有函数类型的子节点，现在还可以允许变量声明作为子节点。

语义分析

本步骤引入全局变量，在引入全局变量之后，AST 根结点的直接子结点不只包括函数，还包括全局变量定义。全局变量符号存放在栈底的全局作用域符号表中。在遍历 AST 构建符号表的过程中，栈底的全局作用域符号表一直都存在，不会被弹出。

中间代码生成

经过 Step5 的学习，我们知道局部变量是存储在寄存器或栈中的，可以直接访问。然而，全局变量存储在特别的内存段中，不能直接访问。课程实验建议的加载全局变量方式为：首先加载全局变量符号的地址，然后根据地址来加载数据。因此，需要定义两个中间代码指令，完成全局变量值的加载：

请注意，TAC 指令的名称只要在你的实现中是一致的即可，并不一定要和文档一致。

有了上述两条指令，可以将测试用例翻译如下：

main:
    _T0 = LOAD_SYMBOL x
    _T1 = LOAD _T0, 0
    return T1

需要说明的是，你也可以把两条指令合并为一条指令，直接加载全局变量的值，但分为两条指令的方式可扩展性更好些。

请注意，翻译所得的 TAC 代码中没有为全局变量赋予初始值（2023）。可以将变量的初始值存放在变量符号对应的符号表里，在后端代码生成时通过读取符号表得到初值。此处给出的只是一种参考实现，大家也可以将全局变量的定义显式翻译为 TAC 代码，这样可以使中端与后端完全解耦。

目标代码生成

Step10 中目标代码生成的主要任务有：翻译中间代码，将全局变量放到特定的数据段中。

1. 翻译中间代码

   实际上，我们提供的中间代码设计和 RISC-V 汇编的思想是一致的，RISC-V 汇编中有对应 LOAD 和 LOAD_SYMBOL 的指令，我们直接给出翻译结果：

   main：
       la t0, x        # _T0 = LOAD_SYMBOL x
       lw t1, 0(t0)    # _T1 = LOAD _T0, 0
       mv a0, t1
       ret
   

2. 将全局变量放到特定的数据段中

   到目前为止，翻译中间代码的方式是有问题的，问题在于，需要加载的 x 变量符号究竟存在哪里，如果所生成的汇编程序不给出 x 的定义，程序是有bug的。实际上，RISC-V 提供了一系列的汇编指令，用以声明全局变量 x 所对应的数据段。

   下面给出 RISC-V 用以全局变量声明的汇编指令，其他全局变量的声明只需修改变量名称和初始值即可：

   .data
   .globl x
   x:
       .word 2023
   

   上例中，.data 表示输出到 data 数据段；.globl x 声明 x 为全局符号；.word 后是一个 4 字节整数，是 x 符号对应的初始值。

   按照汇编约定，data 段中存放已初始化的全局变量，未初始化的全局变量则存放在 bss 段中。举例而言，下面的示例将未初始化的全局变量 x 存放到 bss 段中。其中，.space 表示预留一块连续的内存，4 表示存储空间大小为 4 字节。

   .bss
   .globl x
   x:
       .space 4
   

思考题

1. 写出 la v0, a 这一 RiscV 伪指令可能会被转换成哪些 RiscV 指令的组合（说出两种可能即可）。

参考的 RiscV 指令链接：https://github.com/TheThirdOne/rars/wiki/Supported-Instructions