Nguyên lí ngôn ngữ lập trình - Chương IX: Sinh mã đích

CHƯƠNG IX 
SINH MÃ ÐÍCH 
Nội dung chính: 
Giai đoạn cuối của quá trình biên dịch là sinh mã đích. Dữ liệu nhập của bộ sinh mã đích là 
biểu diễn trung gian của chương trình nguồn và dữ liệu xuất của nó là một chương trình đích 
(hình 9.1). Kỹ thuật sinh mã đích được trình bày trong chương này không phụ thuộc vào việc 
dùng hay không dùng giai đoạn tối ưu mã trung gian . 
Hình 9.1- Vị trí của bộ sinh mã đích 
Biên dịch 
kỳ đầu 
Bộ tối ưu 
mã 
Bộ sinh mã 
đích 
Bảng danh 
biểu 
Chương trình 
nguồn 
Mã trung 
gian 
Mã trung 
gian 
Chương 
trình đích 
Nhìn chung một bộ sinh mã đích phải đảm bảo chạy hiệu quả và phải tạo ra chương trình đích 
đúng sử dụng hiệu quả tài nguyên của máy đích. Về mặt lý thuyết, vấn đề sinh mã tối ưu là 
không thực hiện được. Trong thực tế, ta có thể chọn những kỹ thuật heuristic để tạo ra mã tốt 
nhưng không nhất thiết là mã tối ưu. Chương này đề cập đến các vấn đề cần quan tâm khi 
thiết kế một bộ sinh mã. Bên cạnh đó một bộ sinh mã đích đơn giản từ chuỗi các lệnh ba địa 
chỉ cũng được giới thiệu. 
Mục tiêu cần đạt: 
Sau khi học xong chương này, sinh viên phải: 
• Nắm được các vấn đề cần chú ý khi thiết kế bộ sinh mã đích. 
• Biết cách tạo ra một bộ sinh mã đích đơn giản từ chuỗi các mã lệnh ba điạ chỉ. Từ đó 
có thể mở rộng bộ sinh mã này cho phù hợp với ngôn ngữ lập trình cụ thể. 
Kiến thức cơ bản: 
Sinh viên phải có kiến thức về kiến trúc máy tính đặc biệt là phần hợp ngữ (assembly 
language) để thuận tiện cho việc tiếp nhận kiến thức về máy đích. 
Tài liệu tham khảo: 
[1] Compilers : Principles, Technique and Tools - Alfred V.Aho, Jeffrey D.Ullman - 
Addison - Wesley Publishing Company, 1986. 
[2] Design of Compilers : Techniques of Programming Language Translation - 
Karen A. Lemone - CRC Press, Inc, 1992. 
 187
I. CÁC VẤN ÐỀ THIẾT KẾ BỘ SINH MÃ 
Trong khi thiết kế bộ sinh mã, các vấn đề chi tiết như quản trị bộ nhớ, chọn chỉ thị cấp 
phát thanh ghi và đánh giá thứ tự thực hiện ... phụ thuộc rất nhiều vào ngôn ngữ đích và hệ 
điều hành. 
1. Dữ liệu vào của bộ sinh mã 
Dữ liệu vào của bộ sinh mã gồm biểu diễn trung gian của chương trình nguồn, cùng 
thông tin trong bảng danh biểu được dùng để xác định địa chỉ của các đối tượng dữ liệu trong 
thời gian thực thi. Các đối tượng dữ liệu này được tượng trưng bằng tên trong biểu diễn trung 
gian. Biểu diễn trung gian của chương trình nguồn có thể ở một trong các dạng: Ký pháp hậu 
tố, mã ba địa chỉ, cây cú pháp, DAG. 
2. Dữ liệu xuất của bộ sinh mã – Chương trình đích 
Giống như mã trung gian, dữ liệu xuất của bộ sinh mã có thể ở một trong các dạng: 
Mã máy tuyệt đối, mã máy khả định vị địa chỉ hoặc hợp ngữ . 
Việc tạo ra một chương trình đích ở dạng mã máy tuyệt đối cho phép chương trình này 
được lưu vào bộ nhớ và được thực hiện ngay. 
Nếu chương trình đích ở dạng mã máy khả định vị địa chỉ (module đối tượng) thì hệ 
thống cho phép các chương trình con được biên dịch riêng rẽ. Một tập các module đối tượng 
có thể được liên kết và tải vào bộ nhớ để thực hiện nhờ bộ tải liên kết (linking loader). Mặc 
dù ta phải trả giá về thời gian cho việc liên kết và tải vào bộ nhớ các module đã liên kết nếu 
ta tạo ra các module đối tượng khả định vị địa chỉ. Nhưng bù lại, ta có sự mềm dẻo về việc 
biên dịch các chương trình con riêng rẽ và có thể gọi một chương trình con đã được biên dịch 
trước đó từ một module đối tượng. Nếu mã đích không tự động tái định vị địa chỉ, trình biên 
dịch phải cung cấp thông tin về tái định cho bộ tải (loader) để liên kết các chương trình đã 
được biên dịch lại với nhau. 
Việc tạo ra chương đích ở dạng hợp ngữ cho phép ta dùng bộ biên dịch hợp ngữ để 
tạo ra mã máy. 
3. Lựa chọn chỉ thị 
Tập các chỉ thị của máy đích sẽ xác định tính phức tạp của việc lựa chọn chỉ thị. Tính 
chuẩn và hoàn chỉnh của tập chỉ thị là những yếu tố quan trọng. Nếu máy đích không cung 
cấp một mẫu chung cho mỗi kiểu dữ liệu thì mỗi trường hợp ngoại lệ phải xử lý riêng. Tốc độ 
chỉ thị và sự biểu diễn của máy cũng là những yếu tố quan trọng. Nếu ta không quan tâm đến 
tính hiệu quả của chương trình đích thì việc lựa chọn chỉ thị sẽ đơn giản hơn. Với mỗi lệnh ba 
địa chỉ ta có thể phác họa một bộ khung cho mã đích. Giả sử lệnh ba địa chỉ dạng x := y + z, 
với x, y, z được cấp phát tĩnh, có thể được dịch sang chuỗi mã đích: 
MOV y, R0 /* Lưu y vào thanh ghi Ro */ 
ADD z, R0 /* cộng z vào nội dung Ro, kết quả chứa trong Ro */ 
MOV R0, x /* lưu nội dung Ro vào x */ 
Tuy nhiên việc sinh mã cho chuỗi các lệnh ba địa chỉ sẽ dẫn đến sự dư thừa mã. Chẳng 
hạn với: 
a:= b + c 
d:= a + e 
 188
ta chuyển sang mã đích: 
 MOV b, Ro
 ADD c, Ro
 MOV Ro, a 
 MOV a, R0
 ADD e,Ro
 MOV Ro, d 
và ta nhận thấy rằng chỉ thị thứ tư là thừa. 
Chất lượng mã được tạo ra được xác định bằng tốc độ và kích thước của mã. Một máy 
đích có tập chỉ thị phong phú có thể sẽ cung cấp nhiều cách để hiện thực một tác vụ cho trước. 
Ðiều này có thể dẫn đến tốc độ thực hiện chỉ thị rất khác nhau. Chẳng hạn, nếu máy đích có 
chỉ thị INC thì câu lệnh ba địa chỉ a := a + 1 có thể được cài đặt chỉ bằng câu lệnh INC a. 
Cách này hiệu quả hơn là dùng chuỗi các chỉ thị sau: 
 MOV a, Ro
 ADD # 1, Ro
 MOV Ro ,a 
Như ta đã nói, tốc độ của chỉ thị là một trong những yếu tố quan trọng để thiết kế 
chuỗi mã tốt. Nhưng, thông tin thời gian thường khó xác định. 
Việc quyết định chuỗi mã máy nào là tốt nhất cho câu lệnh ba điạ chỉ còn phụ thuộc 
vào ngữ cảnh của nơi chưá câu lệnh đó. 
4. Cấp phát thanh ghi 
Các chỉ thị dùng toán hạng thanh ghi thường ngắn hơn và nhanh hơn các chỉ thị dùng 
toán hạng trong bộ nhớ. Vì thế, hiệu quả của thanh ghi đặc biệt quan trọng trong việc sinh mã 
tốt. Ta thường dùng thanh ghi trong hai trường hợp: 
1. Trong khi cấp phát thanh ghi, ta lựa chọn tập các biến lưu trú trong các thanh ghi tại 
một thời điểm trong chương trình. 
2. Trong khi gán thanh ghi, ta lấy ra thanh ghi đặc biệt mà biến sẽ thường trú trong đó. 
Việc tìm kiếm một lệnh gán tối ưu của thanh ghi, ngay với cả các giá trị thanh ghi đơn, 
cho các biến là một công việc khó khăn. Vấn đề càng trở nên phức tạp hơn vì phần cứng và / 
hoặc hệ điều hành của máy đích yêu cầu qui ước sử dụng thanh ghi. 
1. Lựa chọn cho việc đánh giá thứ tự 
Thứ tự thực hiện tính toán có thể ảnh hưởng đến tính hiệu quả của mã đích . Một số 
thứ tự tính toán có thể cần ít thanh ghi để lưu giữ các kết quả trung gian hơn các thứ tự tính 
toán khác. Việc lựa chọn được thứ tự tốt nhất là một vấn đề khó. Ta nên tránh vấn đề này 
bằng cách sinh mã cho các lệnh ba địa chỉ theo thứ tự mà chúng đã được sinh ra bởi bộ mã 
trung gian. 
2. Sinh mã 
Tiêu chuẩn quan trọng nhất của bộ sinh mã là phải tạo ra mã đúng. Tính đúng của mã 
có một ý nghĩa rất quan trọng. Với những quy định về tính đúng của mã, việc thiết kế bộ sinh 
mã sao cho nó được thực hiện, kiểm tra, bảo trì đơn giản là mục tiêu thiết kế quan trọng . 
 189
II. MÁY ÐÍCH 
Trong chương trình này, chúng ta sẽ dùng máy đích như là máy thanh ghi (rigister 
machine). Máy này tượng trưng cho máy tính loại trung bình. Tuy nhiên, các kỹ thuật sinh mã 
được trình bày trong chương này có thể dùng cho nhiều loại máy tính khác nhau. 
Máy đích của chúng ta là máy tính địa chỉ byte với mỗi từ gồm bốn byte và có n thanh 
ghi : R0, R1 ... Rn-1 . Máy đích gồm các chỉ thị hai địa chỉ có dạng chung: 
 op source, destination 
Trong đó op là mã tác vụ. Source (nguồn) và destination (đích) là các trường dữ liệu. 
Ví dụ một số mã tác vụ: 
MOV chuyển source đến destination 
ADD cộng source và destination 
SUB trừ source cho destination 
Source và destination của một chỉ thị được xác định bằng cách kết hợp các thanh ghi 
và các vị trí nhớ với các mode địa chỉ. Mô tả content (a) biểu diễn cho nội dung của thanh ghi 
hoặc điạ chỉ của bộ nhớ được biểu diễn bởi a. 
mode địa chỉ cùng với dạng hợp ngữ và giá kết hợp: 
Mode Dạng Ðịa chỉ Giá 
Absolute 
Register 
Indexed 
Indirect register 
Indirect indexed 
M 
R 
c(R) 
*R 
*c(R) 
M 
R 
c + contents ( R) 
contents ( R) 
contents (c+ contents ( R)) 
1 
0 
1 
0 
1 
Vị trí nhớ M hoặc thanh ghi R biểu diễn chính nó khi đưọc sử dụng như một nguồn 
hay đích. Ðộ dời địa chỉ c từ giá trị trong thanh ghi R được viết là c( R). 
Chẳng hạn: 
1. MOV R0, M : Lưu nội dung của thanh ghi R0 vào vị trí nhớ M . 
2. MOV 4(R0), M : Xác định một địa chỉ mới bằng cách lấy độ dời tương đối 
(offset) 4 cộng với nội dung của R0, sau đó lấy nội dung tại địa chỉ này, 
contains(4 + contains(R0)), lưu vào vị trí nhớ M. 
3. MOV * 4(R0) , M : Lưu giá trị contents (contents (4 + contents (R0))) vào vị 
trí nhớ M. 
4. MOV #1, R0 : Lấy hằng 1 lưu vào thanh ghi R0. 
Giá của chỉ thị 
Giá của chỉ thị (instrustion cost) được tính bằng một cộng với giá kết hợp mode địa 
chỉ nguồn và đích trong bảng trên. Giá này tượng trưng cho chiều dài của chỉ thị. Mode địa 
chỉ dùng thanh ghi sẽ có giá bằng không và có giá bằng một khi nó dùng vị trí nhớ hoặc 
hằng. Nếu vấn đề vị trí nhớ là quan trọng thì chúng ta nên tối thiểu hóa chiều dài chỉ thị. Ðối 
với phần lớn các máy và phần lớn các chỉ thị, thời gian cần để lấy một chỉ thị từ bộ nhớ bao 
 190
giờ cũng xảy ra trước thời gian thực hiện chỉ thị. Vì vậy, bằng việc tối thiểu hóa độ dài chỉ thị, 
ta còn tối thiểu hoá được thời gian cần để thực hiện chỉ thị. 
Một số minh họa việc tính giá của chỉ thị: 
1. Chỉ thị MOV R0, R1 : Sao chép nội dung thanh ghi R0 vào thanh ghi R1. Chỉ thị 
này có giá là một vì nó chỉ chiếm một từ trong bộ nhớ . 
2. MOV R5, M: Sao chép nội dung thanh ghi R5 vào vị trí nhớ M. Chỉ thị này có giá 
trị là hai vì địa chỉ của vị trí nhớ M là một từ sau chỉ thị. 
3. Chỉ thị ADD #1, R3: cộng hằng 1 vào nội dung thanh ghi R3. Chỉ thị có giá là hai 
vì hằng 1 phải xuất hiện trong từ kế tiếp sau chỉ thị. 
4. Chỉ thị SUB 4(R0), *12 (R1) : Lưu giá trị của contents (contents (12 + contents 
(R1))) - contents (4 + contents (R0)) vào đích *12( R1). Giá của chỉ thị này là ba vì hằng 4 và 
12 được lưu trữ trong hai từ kế tiếp theo sau chỉ thị. 
Với mỗi câu lệnh ba địa chỉ, ta có thể có nhiều cách cài đặt khác nhau. Ví dụ câu lệnh 
a := b + c - trong đó b và c là biến đơn, được lưu trong các vị trí nhớ phân biệt có tên b, c - có 
những cách cài đặt sau: 
1. MOV b, Ro
 ADD c, R0 giá = 6 
 MOV Ro, a 
2. MOV b, a giá = 6 
 ADD c, a 
3. Giả sử thanh ghi R0, R1, R2 giữ địa chỉ của a, b, c. Chúng ta có thể dùng hai địa 
chỉ sau cho việc sinh mã lệnh: 
 a := b + c => 
 MOV *R1, *Ro giá = 2 
 ADD * R2, *Ro
4. Giả sử thanh ghi R1 và R2 chứa giá trị của b và c và trị của b không cần lưu lại sau 
lệnh gán. Chúng ta có thể dùng hai chỉ thị sau: 
 ADD R2, R1 giá = 3 
 MOV R1, a 
Như vậy, với mỗi cách cài đặt khác nhau ta có những giá khác nhau. Ta cũng thấy 
rằng muốn sinh mã tốt thì phải hạ giá của các chỉ thị . Tuy nhiên việc làm khó mà thực hiện 
được. Nếu có những quy ước trước cho thanh ghi, lưu giữ địa chỉ của vị trí nhớ chứa giá trị 
tính toán hay địa chỉ để đưa trị vào, thì việc lựa chọn chỉ thị sẽ dễ dàng hơn. 
III. QUẢN LÝ BỘ NHỚ TRONG THỜI GIAN THỰC HIỆN 
Trong phần này ta sẽ nói về việc sinh mã để quản lý các mẩu tin hoạt động trong thời 
gian thực hiện. Hai chiến lược cấp phát bộ nhớ chuẩn được trình bày trong chương VII là cấp 
phát tĩnh và cấp phát Stack. Với cấp phát tĩnh, vị trí của mẩu tin hoạt động trong bộ nhớ được 
xác định trong thời gian biên dịch. Với cấp phát Stack, một mẩu tin hoạt động được đưa vào 
Stack khi có sự thực hiện một thủ tục và được lấy ra khỏi Stack khi hoạt động kết thúc. Ở đây, 
ta sẽ xem xét cách thức mã đích của một thủ tục tham chiếu tới các đối tượng dữ liệu trong 
 191
các mẩu tin hoạt động. Như ta đã nói ở chương VII, một mẩu tin hoạt động cho một thủ tục có 
các trường: tham số, kết quả, thông tin về trạng thái máy, dữ liệu cục bộ, lưu trữ tạm thời và 
cục bộ, và các liên kết. Trong phần này, ta minh họa các chiến lược cấp phát sử dụng trường 
trạng thái để giữ giá trị trả về và dữ liệu cục bộ, các trường còn lại được dùng như đã đề cập ở 
chương VII. 
Việc cấp phát và giải phóng các mẩu tin hoạt động là một phần trong chuỗi hành vi gọi 
và trả về của chương trình con. Ta quan tâm đến việc sinh mã cho các lệnh sau: 
1. call 
2. return 
3. halt 
4. action /* tượng trưng cho các lệnh khác */ 
Chẳng hạn, mã ba địa chỉ, chỉ chứa các loại câu lệnh trên, cho các chương trình c và p 
cũng như các mẩu tin hoạt động của chúng: 
/* mã cho s */ 
action1
call p 
action2
halt 
Hình 9.2 – Dữ liệu vào của bộ sinh mã 
Kích thước và việc xếp đặt các mẩu tin được kết hợp với bộ sinh mã nhờ thông tin về 
tên trong bảng danh biểu. 
Ta giả sử bộ nhớ thời gian thực hiện được phân chia thành các vùng cho mã, dữ liệu 
tĩnh và Stack. 
1. Cấp phát tĩnh 
Chúng ta sẽ xét các chỉ thị cần thiết để thực hiện việc cấp phát tĩnh. Lệnh call trong mã 
trung gian được thực hiện bằng dãy hai chỉ thị đích. Chỉ thị MOV lưu địa chỉ trả về. Chỉ thị 
GOTO chuyển quyền điều khiển cho chương trình được gọi. 
MOV # here + 20, callee.static_area 
GOTO callee.code_area 
Các thuộc tính callee.static_area và callee.code_area là các hằng tham chiếu tới các địa 
chỉ của mẩu tin hoạt động và chỉ thị đầu tiên trong đoạn mã của chương trình con được gọi. # 
here + 20 trong chỉ thị MOV là địa chỉ trả về. Nó cũng chính là địa chỉ của chỉ thị đứng sau 
lệnh GOTO. Mã của chương trình con kết thúc bằng lệnh trả về chương trình gọi, trừ chương 
trình chính, đó là lệnh halt. Lệnh này trả quyền điều khiển cho hệ điều hành. Lệnh trả về được 
dịch sang mã máy là GOTO *callee_static_area thực hiện việc chuyển quyền điều khiển về 
địa chỉ được lưu giữ ở ô nhớ đầu tiên của mẩu tin hoạt động . 
Bảng mã Bảng ghi hoạt 
động cho p 
Bảng ghi hoạt 
động cho c 
/* mã cho c */ 
action3
return 
Địa chỉ trả về Địa chỉ trả về 
arr buf 
i 
i 
0: 
8: 
56:
60:
0: 
4: 
84: n 
 192
Ví dụ 9.1: Mã đích trong chương trình sau được tạo ra từ các chương trình con c và p 
ở hình 9.2. Giả sử rằng: các mã đó được lưu tại địa chỉ bắt đầu là 100 và 200, mỗi chỉ thị 
action chiếm 20 byte, và các mẩu tin hoạt động cho c và p được cấp phát tĩnh bắt đầu tại các 
địa chỉ 300 và 364 . Ta dùng chỉ thị action để thực hiện câu lệnh action. Như vậy, mã đích cho 
các chương trình con: 
 /* mã cho c*/ 
100: ACTION1 
120: MOV #140, 364 /* lưu địa chỉ trả về 140 */ 
132: GOTO 200 /* gọi p */ 
140: ACTION2
160: HALT 
 /* mã cho p */ 
200: ACTION3
220: GOTO *364 /* trả về địa chỉ được lưu tại vị trí 364 */ 
 /* 300-364 lưu mẩu tin hoạt động của c */ 
300: /* chứa địa chỉ trả về */ 
304: /* dữ liệu cục bộ của c */ 
 /* 364 - 451 chứa mẩu tin hoạt động của p */ 
364: /* chứa địa chỉ trả về */ 
368: /* dữ liệu cục bộ của p */ 
 Hình 9.3 - Mã đích cho dữ liệu vào của hình 9.2 
 Sự thực hiện bắt đầu bằng chỉ thị action tại địa chỉ 100. Chỉ thị MOV ở địa chỉ 120 sẽ lưu 
địa chỉ trả về 140 vào trường trạng thái máy, là từ đầu tiên trong mẩu tin ... các lệnh ba địa chỉ là một cách tốt để xác định được: Các biểu thức 
chung (được tính nhiều lần), tên được dùng trong khối nhưng không được dùng khi ra ngoài 
khối, và các biểu thức mà giá trị của nó được dùng khi ra khỏi khối. 
‰ Giải thuật 9.2: Xây dựng DAG 
 Input: Khối cơ bản 
 Output: DAG cho khối cơ bản, chứa các thông tin sau: 
1. Tên cho từng nút. Tên nút lá là danh biểu (hằng số). Tên nút trung gian là toán tử. 
2. Với mỗi nút, một danh sách (có thể rỗng) gồm các danh biểu (hằng số không được 
phép có trong danh sách này). 
Phương pháp: Giả sử ta đã có cấu trúc dữ liệu để tạo nút có một hoặc hai con. Ta 
phải phân biệt con bên trái và bên phải đối với những nút có hai con. Ta cũng có vị trí để ghi 
tên cho mỗi nút và có cơ chế tạo danh sách liên kết của các danh biểu gắn với mỗi nút. Ta 
cũng giả sử tồn tại hàm node (identifier), khi ta xây dựng DAG, sẽ trả về nút mới nhất có liên 
quan với identifier. Thực tế node (identifier) là nút biểu diễn giá trị của danh biểu (identifier) 
tại thời điểm hiện tại trong quá trình xây dựng DAG. 
Quá trình xây dựng DAG thực hiện qua các bước từ (1) đến (3) cho mỗi lệnh của khối. 
Lúc đầu, ta giả sử chưa có các nút và hàm node không được định nghĩa cho tất cả các đối số. 
Các dạng lệnh ba địa chỉ ở một trong các dạng sau: (i) x := y op z, (ii) x := op y, (iii) x := y. 
 200
Trường hợp lệnh điều kiện, chẳng hạn if i <= 20 goto, ta coi là trường hợp (i) với x không 
được định nghĩa. 
1. Nếu node (y) không được định nghĩa, tạo lá có tên y và node (y) chính là nút này. 
Trong trường hợp (i), nếu node(z) không được định nghĩa, ta tạo lá tên z và lá chính là node 
(z). 
2. Trong trường hợp (i) , xác định xem trên DAG có nút nào có tên op mà con trái là 
node (y) và con phải là node (z). Nếu không thì tạo ra nút có tên op, ngược lại n là nút đã tìm 
thấy hoặc đã được tạo. Trong trường hợp (ii) , ta xác định xem có nút nào có tên op, mà nó 
chỉ có một con duy nhất là node (y). Nếu chưa có nút như trên ta sẽ tạo nút op và coi n là nút 
tìm thấy hoặc vừa được tạo ra. Trong trường hợp thứ (iii) thì đặt n là node(y). 
3. Xoá x ra khỏi danh sách các danh biểu gán với nút node(x). Nối x vào danh sách 
các danh biểu gắn vào nút n được tìm ở bước (2) và đặt node(x) cho n. 
5. Vòng lặp 
Vòng lặp (loop) là một tập hợp các nút trong lưu đồ sao cho: 
1. Tất cả các nút trong tập hợp phải kết nối chặt chẽ với nhau, nghĩa là phải có con 
đường với kích thước bằng một hoặc lớn hơn đi từ một nút bất kỳ trong vòng lặp đến một nút 
bất kỳ khác và nó phải nằm hoàn toàn trong vòng lặp. 
2. Các nút lựa chọn này chỉ có duy nhất một lối vào, nghĩa là con đường từ nút ngoài 
vòng lặp đi vào vòng lặp phải đi qua lối vào đó. 
Nếu một vòng lặp không chứa vòng lặp nào khác thì gọi là vòng lặp trong cùng. 
V. THÔNG TIN SỬ DỤNG TIẾP 
1. Tính toán sử dụng tiếp 
Việc sử dụng tên trong lệnh ba địa chỉ được định nghĩa như sau: 
Giả sử lệnh ba địa chỉ i gán một giá trị cho x. Nếu x là một toán hạng trong lệnh j, 
dòng điều khiển đi từ lệnh i đến j đồng thời dọc đường đi này ta không xen vào các lệnh gán 
cho x, thì ta nói rằng lệnh j dùng giá trị của x được tính toán tại i. 
Trong chương này, ta chỉ đề cập đến việc tiếp tục sử dụng tên của một lệnh ba địa chỉ 
ngay trong khối chứa lệnh đó. 
Giải thuật xác định những sử dụng tiếp theo tạo nên sự duyệt lùi đi qua các khối cơ 
bản. Ta có thể dễ dàng xác định lệnh ba địa chỉ cuối cùng của mỗi khối cơ bản. Vì các chương 
trình con có những hiệu ứng lề tùy ý nên ta giả sử rằng mỗi lời gọi chương trình con bắt đầu 
tại mỗi khối cơ bản mới. 
Ðể tìm lệnh cuối cùng của một khối cơ bản, ta duyệt lùi tới phần đầu, lưu giữ các 
thông tin như: x có được tiếp tục sử dụng trong khối hay không? x có còn “sống” khi ra khỏi 
khối? 
Giả sử rằng ta tới được lệnh ba địa chỉ i: x := y op z trong khi duyệt lùi. Ta có thể làm 
theo các như sau: 
 1. Gán cho lệnh i các thông tin được tìm thấy trong bảng danh biểu. Ðó là những 
thông tin xác định x, y, z có được tiếp tục sử dụng? và còn “sống”? 
 2. Trong bảng danh biểu, đặt x không “sống” và không được dùng tiếp. 
 201
 3. Trong bảng danh biểu, đặt y, z “sống” và được sử dụng tiếp. Chú ý rằng các 
bước 2 và 3 không thể xen kẽ nhau vì x có thể là y hoặc z. 
 Ðối với lệnh ba địa chỉ dạng x := y hoặc x := op y, các bước làm tương tự như trên 
nhưng bỏ qua z. 
2. Bộ nhớ của các tên tạm 
Nhìn chung, ta có thể gói các biến trung gian vào cùng một vị trí nhớ nếu chúng không 
cùng “sống”. 
Hầu như tất cả các tên tạm (biến trung gian) được định nghĩa và được sử dụng trong 
các khối cơ bản, thông tin sử dụng tiếp có thể gói các biến trung gian. Trong chương này, ta 
không nói tới các biến trung gian được sử dụng trong nhiếu khối. 
Ta có thể cấp phát các vị trí nhớ cho các biến trung gian bằng cách kiểm tra kết quả trả 
về của mỗi biến và gán một biến trung gian vào vị trí đầu tiên trong trường của các biến trung 
gian, trường không chứa biến “sống”. Nếu một biến trung gian không được gán cho bất cứ vị 
trí nào được tạo ra trước đó, thêm vị trí mới vào vùng dữ liệu của chương trình con hiện hành. 
Trong nhiều trường hợp, các biến trung gian được gói vào trong các thanh ghi hơn là vào các 
vị trí nhớ. 
Chẳng hạn, sáu biến trung gian trong khối cơ bản sau được gói vào hai vị trí nhớ là t1 
và t2: 
 t1 := a * a 
 t2 := a * b 
 t2 := 2 * t2 
 t1 := t1 + t2 
 t2 := b * b 
 t1 := t1 + t2 
VI. BỘ SINH MÃ ÐƠN GIẢN 
Ta giả sử rằng, bộ sinh mã này sinh mã đích từ chuỗi các lệnh ba địa chỉ. Mỗi toán tử 
trong lệnh ba địa chỉ tương ứng với một toán tử của máy đích. Các kết quả tính toán có thể 
nằm lại trong thanh ghi cho tới bao lâu có thể được và chỉ được lưu trữ khi: 
(a) Thanh ghi đó được sử dụng cho sự tính toán khác 
(b) Trước khi có lệnh gọi chương trình con, lệnh nhảy hoặc lệnh có nhãn. 
Ðiều kiện (b) chỉ ra rằng bất cứ giá trị nào cũng phải được lưu vào bộ nhớ trước khi 
kết thúc một khối cơ bản. Vì sau khi ra khỏi khối cơ bản, ta có thể đi tới các khối khác hoặc 
ta có thể đi tới một khối xác định từ một khối khác. Trong trường hợp (a), ta không thể làm 
được điều này mà không giả sử rằng số lượng được dùng bởi khối xuất hiện trong cùng thanh 
ghi không có cách nào để đạt tới khối đó. Ðể tránh lỗi có thể xảy ra, giải thuật sinh mã đơn 
giản sẽ lưu giữ tất cả các giá trị khi đi qua ranh giới của khối cơ bản cũng như khi gọi chương 
trình con. 
Ta có thể tạo ra mã phù họp với câu lệnh ba địa chỉ a := b + c nếu ta tạo ra chỉ thị đơn 
ADD Rj, Ri với giá là 1. Kết quả a được đưa vào thanh ghi Ri chỉ nếu thanh ghi Ri chứa b, 
thanh ghi Rj chứa c, và b không được sử dụng nữa. 
 202
Nếu b ở trong Ri , c ở trong bộ nhớ , ta có thể tạo chỉ thị: 
 ADD c, Ri giá = 2 
Hoặc nếu b ở trong thanh ghi Ri và giá trị của c được đưa từ bộ nhớ vào Rj sau đó 
thực hiện phép cộng hai thanh ghi Ri, Rj, ta có thể tạo các chỉ thị: 
 MOV c, Rj
 ADD Rj , Ri giá = 3 
Qua các trường hợp trên chúng ta thấy rằng có nhiều khả năng để tạo ra mã đích cho 
một lệnh ba địa chỉ. Tuy nhiên, việc lựa chọn khả năng nào lại tuỳ thuộc vào ngữ cảnh của 
mỗi thời điểm cần tạo mã. 
1. Mô tả thanh ghi và địa chỉ 
Giải thuật sinh mã đích dùng bộ mô tả (descriptor) để lưu giữ nội dung thanh ghi và 
địa chỉ của tên. 
1. Bộ mô tả thanh ghi sẽ lưu giữ những gì tồn tại trong từng thanh ghi cũng như cho ta 
biết khi nào cần một thanh ghi mới. Ta giả sử rằng lúc đầu, bộ mô tả sẽ khởi động sao cho tất 
cả các thanh ghi đều rỗng. Khi sinh mã cho các khối cơ bản, mỗi thanh ghi sẽ giữ giá trị 0 
hoặc các tên tại thời điểm thực hiện. 
2. Bộ mô tả địa chỉ sẽ lưu giữ các vị trí nhớ nơi giá trị của tên có thể được tìm thấy tại 
thời điểm thực thi. Các vị trí đó có thể là thanh ghi, vị trí trên Stack, địa chỉ bộ nhớ. Tất cả các 
thông tin này được lưu trong bảng danh biểu và sẽ được dùng để xác định phương pháp truy 
xuất tên. 
2. Giải thuật sinh mã đích 
Giải thuật sinh mã sẽ nhận vào chuỗi các lệnh ba địa chỉ của một khối cơ bản. Với mỗi 
lệnh ba địa chỉ dạng x := y op z ta thực hiện các bước sau: 
1. Gọi hàm getreg để xác định vị trí L nơi lưu giữ kết quả của phép tính y op z. L 
thường là thanh ghi nhưng nó cũng có thể là một vị trí nhớ. 
2. Xác định địa chỉ mô tả cho y để từ đó xác định y’, một trong những vị trí hiện hành 
của y. Chúng ta ưu tiên chọn thanh ghi cho y’nếu cả thanh ghi và vị trí nhớ đang giữ giá trị 
của y. Nếu giá trị của y chưa có trong L, ta tạo ra chỉ thị: MOV y', L để lưu bản sao của y 
vào L. 
3. Tạo chỉ thị op z', L với z' là vị trí hiện hành của z. Ta ưu tiên chọn thanh ghi cho z' 
nếu giá trị của z được lưu giữ ở cả thanh ghi và bộ nhớ. Việc xác lập mô tả địa chỉ của x chỉ 
ra rằng x đang ở trong vị trí L. Nếu L là thanh ghi thì L là đang giữ trị của x và loại bỏ x ra 
khỏi tất cả các bộ mô tả thanh ghi khác. 
4. Nếu giá trị hiện tại của y và/ hoặc z không còn được dùng nữa khi ra khỏi khối, và 
chúng đang ở trong thanh ghi thì sau khi ra khỏi khối ta phải xác lập mô tả thanh ghi để chỉ ra 
rằng các thanh ghi trên sẽ không giữ trị y và/hoặc z. 
Nếu mã ba địa chỉ có phép toán một ngôi thì các bước thực hiện sinh mã đích cũng 
tương tự như trên. 
Một trường hợp cần đặc biệt lưu ý là lệnh x := y. Nếu y ở trong thanh ghi, ta phải thay 
đổi thanh ghi và bộ mô tả địa chỉ, là giá trị của x được tìm thấy ở thanh ghi chứagiá trị của y. 
Nếu y không được dùng tiếp thì thanh ghi đó sẽ không còn lưu trị của y nữa. Nếu y ở trong bộ 
nhớ, ta dùng hàm getreg để tìm một thanh ghi tải giá trị của y và xác lập rằng thanh ghi đó là 
 203
vị trí của x. Nếu ta thông báo rằng vị trí nhớ chứa giá trị của x là vị trí nhớ của y thì vấn đề trở 
nên phức tạp hơn vì ta không thể thay đổi giá trị của y nếu không tìm một chỗ khác để lưu 
giá trị của x trước đó. 
3. Hàm getreg 
Hàm getreg sẽ trả về vị trí nhớ L lưu giữ giá trị của x trong lệnh x := y op z. Sau đây là 
cách đơn giản dùng để cài đặt hàm: 
1. Nếu y đang ở trong thanh ghi và y sẽ không được dùng nữa sau khi thực hiện x := 
y op z thì trả thanh ghi chứa y cho L và xác lập thông tin cho bộ mô tả địa chỉ của 
y rằng y không còn trong L. 
2. Ngược lại, trả về một thanh ghi rỗng (nếu có). 
3. Nếu không có thanh ghi rỗng và nếu x còn được dùng tiếp trong khối hoặc toán tử 
op cần thanh ghi, ta chọn một thanh ghi không rỗng R. Lưu giá trị của R vào vị trí 
nhớ M bằng chỉ thị MOV R,M. Nếu M chưa chứa giá trị nào, xác lập thông tin bộ 
mô tả địa chỉ cho M và trả về R. Nếu R giữ trị của một số biến, ta phải dùng chỉ thị 
MOV để lần lượt lưu giá trị cho từng biến. 
4. Nếu x không được dùng nữa hoặc không có một thanh ghi phù hợp nào được tìm 
thấy, ta chọn vị trí nhớ của x như L. 
Ví dụ 9.5: Lệnh gán d := (a - b) + (a - c) + (a - c) 
Có thể được chuyển sang chuỗi mã ba địa chỉ: 
 t := a - b 
 u := a - c 
 v := t + u 
 d := v + u 
và d sẽ “sống” đến hết chương trình. Từ chuỗi lệnh ba địa chỉ này, giải thuật sinh mã 
vừa được trình bày sẽ tạo chuỗi mã đích với giả sử rằng: a, b, c luôn ở trong bộ nhớ và t, u, v 
là các biến tạm không có trong bộ nhớ . 
Câu lệnh 3 
địa chỉ Mã đích Giá Bộ mô tả thanh ghi Bộ mô tả địa chỉ 
t := a - b 
u := a - c 
v := t + u 
d := v + u 
MOV a, R0 
SUB b, R0
MOV a, R1
SUB c, R1 
ADD R1, R0
ADD R1, R0
MOV R0, d 
2 
2 
2 
2 
1 
1 
2 
Thanh ghi rỗng, R0 
chứa t 
R0 chứa t 
R1 chứa u 
R0 chứa v 
R1 chúa u 
R0 chứa d 
t ở trong R0 
t ở trong R0 
u ở rong R1 
u ở trong R1 
v ở trong R0 
d ở rong R0 
d ở trong bộ nhớ 
Hình 9.9 - Chuỗi mã đích 
 204
Lần gọi đầu tiên của hàm getreg trả về R0 như một vị trí để xác định t. Vì a không ở 
trong R0 , ta tạo ra chỉ thỉ MOV a, R0 và SUB b, R0. Ta cập nhật lại bộ mô tả để chỉ ra rằng 
R0 chứa t. 
Việc sinh mã đích tiếp tục tiến hành theo cách này cho đến khi lệnh ba địa chỉ cuối 
cùng d := v + u được xử lý. Chú ý rằng R0 là rỗng vì u không còn được dùng nữa. Sau đó ta 
tạo ra chỉ thị, cuối cùng của khối, MOV R0, d để lưu biến “sống” d. Giá của chuỗi mã đích 
được sinh ra như ở trên là 12. Tuy nhiên, ta có thể giảm giá xuống còn 11 bằng cách thay chỉ 
thị MOV a, R1 bằng MOV R0, R1 và xếp chỉ thị này sau chỉ thị thứ nhất. 
4. Sinh mã cho loại lệnh khác 
Các phép toán xác định chỉ số và con trỏ trong câu lệnh ba địa chỉ được thực hiện 
giống như các phép toán hai ngôi. Hình sau minh họa việc sinh mã đích cho các câu lệnh gán: 
a := b[i], a[i] := b và giả sử b được cấp phát tĩnh . 
i trong thanh ghi Ri i trong bộ nhớ Mi i trên Stack Câu lệnh 3 
địa chỉ Mã Giá Mã Giá Mã Giá 
a:= b[ i ] 
a[i]:=b 
MOV b(Ri ), R 
MOV b, a(Ri) 
2 
3 
MOV Mi, R 
MOV b(R), R 
MOV Mi , R 
MOV b, a (R) 
4 
5 
MOV Si(A), R 
MOV b(R), R 
MOV Si(A), R 
MOV b, a (R) 
4 
5 
Hình 9.10 - Chuỗi mã đích cho phép gán chỉ mục 
Với mỗi câu lệnh ba địa chỉ trên ta có thể có nhiều đoạn mã đích khác nhau tuỳ thuộc 
vào i đang ở trong thanh ghi, hoặc trong vị trí nhớ Mi hoặc trên Stack tại vị trí Si và con trỏ 
trong thanh ghi A chỉ tới mẩu tin hoạt động của i. Thanh ghi R là kết quả trả về khi hàm 
getreg được gọi. Ðối với lệnh gán đầu tiên, ta đưa a vào trong R nếu a tiếp tục được dùng 
trong khối và có sẵn thanh ghi R. Trong câu lệnh thứ hai ta giả sử rằng a được cấp phát tĩnh. 
 Sau đây là chuỗi mã đích được sinh ra cho các lệnh gán con trỏ dạng a := *p và *p := 
a. Vị trí nhớ p sẽ xác định chuỗi mã đích tương ứng. 
p trong thanh ghi 
Rp
p trong bộ nhớ Mi p trong Stack 
Câu 
lệnh 3 
địa chỉ 
Mã Giá Mã Giá Mã Giá 
a:= *p 
*p:= a 
MOV *Rp, a 
MOV a, *Rp
2 
2 
MOV Mp, R 
MOV *R, R 
MOV Mp, R 
MOV a, *R 
3 
4 
MOV Sp(A), R 
MOV *R, R 
MOV a, R 
MOV R, *Sp(A) 
3 
4 
Hình 9.11 - Mã đích cho phép gán con trỏ 
Ba chuỗi mã đích tuỳ thuộc vào p ở trong thanh ghi Rp, hoặc p trong vị trí nhớ Mp, 
hoặc p ở trong Stack tại offset là Sp và con trỏ, trong thanh ghi A, trỏ tới mẩu tin hoạt động 
của p. Thanh ghi R là kết quả trả về khi hàm getreg được gọi. Trong câu lệnh gán thứ hai ta 
giả sử rằng a được cấp phát tĩnh. 
 205
5. Sinh mã cho lệnh điều kiện 
 Máy tính sẽ thực thi lệnh nhảy có điều kiện theo một trong hai cách sau: 
1. Rẽ nhánh khi giá trị của thanh ghi được xác định trùng với một trong sáu điều kiện 
sau: âm, không, dương, không âm, khác không, không dương. Chẳng hạn, câu lệnh 
ba địa chỉ if x < y goto z có thể được thực hiện bằng cách lấy x trong thanh ghi R 
trừ y. Sau đó sẽ nhảy về z nếu giá trị trong thanh ghi R là âm. 
2. Dùng tập các mã điều kiện để xác định giá trị trong thanh ghi R là âm, bằng không 
hay dương. Chỉ thị so sánh CMP sẽ kiểm tra mã điều kiện mà không cần biết trị 
tính toán cụ thể. Chẳng hạn, CMP x, y xác lập điều kiện dương nếu x > y,... Chỉ thị 
nhảy có điều kiện được thực hiện nếu điều kiện , >=,, <= được xác lập. 
Ta dùng chỉ thị nhảy có điều kiện CJ <= z để nhảy đến z nếu mã điều kiện là âm 
hoặc bằng không. 
Chẳng hạn, lệnh điều kiện if x < y goto z được dịch sang mã máy như sau. 
 CMP x,y 
 CJ < z 
 206