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程序的执行和模拟器

freestanding运行时环境

  • 先前使用的环境是宿主操作环境
    • 但是并不清楚pringf到底在哪实现了
    • 因此，在学习时候，使用freestanding环境更加简单

      [!note] 什么是freestanding环境 - freestanding implementation：不能包含C标准库，只能包含基本的头文件 - hosted implementation：能包含所有的C标准库 - freestanding environment：在这种环境下编译的程序，不能包含完整的C标准库，甚至连main入口都没有 - 应用：kernel开发，C标准库开发 - hosted environment：通常的编译环境，以main为入口，可以包含完整的C标准库。 - 因此基于操作系统上的应用程序开发，都可以称为hosted environment，可以直接使用现成的C标准库

编写可读可维护的代码

  • 调试的最高境界：不用调试

    Programs are meant to be read by humans and only incidentally for computers to execute. --D.E.Knuth

  • 编写可读可维护的代码：
    • 不言自明：看代码即可明白是做什么的
    • 不言自证：看代码即可知道是否正确

防御性编程

  • 不相信外界的输入/其他函数传递的参数，通过断言提前拦截非预期的情况 

    #include <assert.h>
// ...
int main(int argc, char *argv[]) {
  PC = 0; R[0] = 0;
  assert(argc >= 2);  // 要求至少包含一个参数
  FILE *fp = fopen(argv[1], "r");
  assert(fp != NULL); // 要求argv[1]是一个可以成功打开的文件
  int ret = fseek(fp, 0, SEEK_END);
  assert(ret != -1); // 要求fseek()成功
  long fsize = ftell(fp);
  assert(fsize != -1); // 要求ftell()成功
  rewind(fp);
  assert(fsize < 1024); // 要求程序大小不超过1024字节
  ret = fread(M, 1, 1024, fp);
  assert(ret == fsize); // 要求完全读出程序的内容
  fclose(fp);
  while (!halt) { inst_cycle(); }
  return 0;
}

  • 防御性编程的意义：

    • 将预期的正确行为直接写到程序中
  • 程序中的断言足够多->近似证明了程序的正确性

减少代码中的隐含依赖

  • 使用define的方式，减少代码中的隐含依赖
    • 进行一次性修改 image.png

将定义放在头文件中

image.png

拒绝copy-paste

  • 需要看很久的代码，基本上很难做到不言自证
  • 粘贴出上百行的代码，容易漏掉几处

编写可复用的代码

  • 通过变量，函数，宏的方式消除重复/相似的代码 
    uint32_t inst = *(uint32_t *)&M[PC];
uint32_t opcode = inst & 0x7f;
uint32_t funct3 = (inst >> 12) & 0x7;
uint32_t rd  = (inst >> 7 ) & 0x1f;
uint32_t rs1 = (inst >> 15) & 0x1f;
uint32_t imm = ((inst >> 20) & 0x7ff) - ((inst & 0x80000000) ? 4096 : 0);
if (opcode == 0x13) {
  if      (funct3 == 0x0) { R[rd] = R[rs1] + imm; } // addi
  else if (funct3 == 0x4) { R[rd] = R[rs1] ^ imm; } // xori
  else if (funct3 == 0x6) { R[rd] = R[rs1] | imm; } // ori
  else if (funct3 == 0x7) { R[rd] = R[rs1] & imm; } // andi
  else { panic("Unsupported funct3 = %d", funct3); }
  R[0] = 0; // 若指令写入了R[0], 此处将其重置为0
} else if (...) {  ...  }
PC += 4;

使用合适的语言特性

  • 把细节交给语言规范和编译器 
    typedef union {
  struct {
    uint32_t opcode  :  7;
    uint32_t rd      :  5;
    uint32_t funct3  :  3;
    uint32_t rs1     :  5;
     int32_t imm11_0 : 12;
  } I;
  struct { /* ... */ } R;
  uint32_t bytes;
} inst_t;

inst_t *inst = (inst_t *)&M[PC];
uint32_t rd  = inst->I.rd;
uint32_t rs1 = inst->I.rs1;
uint32_t imm = (int32_t)inst->I.imm11_0;
if (inst->I.opcode == 0b0010011) {
  switch (inst->I.funct3) {
    case 0b000: R[rd] = R[rs1] + imm; break; // addi
    case 0b100: R[rd] = R[rs1] ^ imm; break; // xori
    case 0b110: R[rd] = R[rs1] | imm; break; // ori
    case 0b111: R[rd] = R[rs1] & imm; break; // andi
    default: panic("Unsupported funct3 = %d", inst->I.funct3);
  }
  R[0] = 0; // 若指令写入了R[0], 此处将其重置为0
} else if (inst->bytes == 0x00100073) {  ...  }