cmm调用格式(整数-gmp示例)

Question

我一直在查看整型gmp源代码，以了解如何以cmm的方式实现GHC Primops页面上所记录的外国原始业务。我知道使用llvm攻击或fvia-C/gcc来实现它们的技术--这是我理解interger-gmp库使用的第三种方法的一种学习经验。

因此，我在MSFT页面(pdf连结)上查阅了CMM教程，浏览了GHC CMM页面，仍然有一些未回答的问题(很难在不深入CMM的情况下保留所有这些概念，这就是我现在正在做的)。有一个来自整型bmp cmm文件的代码片段

integer_cmm_int2Integerzh (W_ val)
{
   W_ s, p; /* to avoid aliasing */

   ALLOC_PRIM_N (SIZEOF_StgArrWords + WDS(1), integer_cmm_int2Integerzh, val);

   p = Hp - SIZEOF_StgArrWords;
   SET_HDR(p, stg_ARR_WORDS_info, CCCS);
   StgArrWords_bytes(p) = SIZEOF_W;

   /* mpz_set_si is inlined here, makes things simpler */
   if (%lt(val,0)) {
        s  = -1;
        Hp(0) = -val;
   } else {
     if (%gt(val,0)) {
        s = 1;
        Hp(0) = val;
     } else {
        s = 0;
     }
  }

   /* returns (# size  :: Int#,
                 data  :: ByteArray#
               #)
   */
   return (s,p);
}

如ghc cmm报头中所定义的

W_ is alias for word.
ALLOC_PRIM_N is a function for allocating memory on the heap for primitive object.
Sp(n) and Hp(n) are defined as below (comments are mine):
#define WDS(n) ((n)*SIZEOF_W) //WDS(n) calculates n*sizeof(Word)
#define Sp(n)  W_[Sp + WDS(n)]//Sp(n) points to Stackpointer + n word offset?
#define Hp(n)  W_[Hp + WDS(n)]//Hp(n) points to Heap pointer + n word offset?

我不理解第5-9行(第1行是开始，以防你有1/0混淆)。更具体而言：

• 为什么ALLOC_PRIM_N (字节，乐趣，arg)的函数调用格式是这样的？
• 为什么P会被这样操纵？

据我理解，这个函数(通过查看Prim.hs中的函数签名)接受一个int，并返回一个(int，字节数组)(分别存储在代码中的s和p中)。

对于任何想知道在if block中内联调用的人来说，这是si函数的cmm实现。我的猜测是，如果您通过ccall调用对象文件中定义的函数，它就不能内联(这是有意义的，因为它是对象代码，而不是中间代码- LLVM方法似乎更适合通过LLVM IR进行内联)。因此，优化是定义要内联的函数的cmm表示。如果这个猜测是错误的，请纠正我。

我们将非常感谢对第5-9行的解释。关于整数-gmp文件中定义的其他宏，我有更多的问题，但在一篇文章中可能要求太多了。如果您可以使用Haskell wiki页面或博客来回答这个问题(您可以将链接作为答案发布)，这将是非常感谢的(如果您这样做了，我也会感谢一个整数-gmp的cmm宏(如GMP_TAKE2_RET1)的逐步遍历)。

Answer 1

这些行在Haskell堆上分配了一个新的ByteArray#，因此要了解它们，首先需要了解一下GHC的堆是如何管理的。

• 每个功能(=执行Haskell代码的OS线程)都有自己的专用托儿所，这是堆中的一个区域，它将像这样进行正常的、小的分配。对象被顺序地分配到这个区域，从低地址到高地址，直到功能尝试做出超过苗圃中剩余空间的分配，这会触发垃圾收集器。
• 所有堆对象都与字大小的倍数对齐，即32位系统上的4个字节和64位系统上的8个字节。
• Cmm级寄存器Hp指向托儿所中分配的最后一个单词(开头)。HpLim指向可以在托儿所中分配的最后一个单词。(HpLim也可以由另一个线程设置为0，以停止GC的世界，或者发送异步异常。)
• https://ghc.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/Rts/Storage/HeapObjects提供了有关各个堆对象布局的信息。特别要注意的是，每个堆对象都以一个信息指针开头，该指针(除其他外)标识它是哪种堆对象。

Haskell类型的ByteArray#是用堆对象类型ARR_WORDS实现的。ARR_WORDS对象只是由(一个信息指针后面跟着)一个大小(字节)和任意数据(有效载荷)组成。GC不解释有效负载，因此它不能存储指向Haskell堆对象的指针，但可以存储任何其他内容。SIZEOF_StgArrWords是所有ARR_WORDS堆对象共有的头的大小，在这种情况下，有效负载只是一个单词，所以SIZEOF_StgArrWords + WDS(1)是我们需要分配的空间的数量。

ALLOC_PRIM_N (SIZEOF_StgArrWords + WDS(1)，integer_cmm_int2Integerzh，val)扩展为

Hp = Hp + (SIZEOF_StgArrWords + WDS(1));
if (Hp > HpLim) {
    HpAlloc = SIZEOF_StgArrWords + WDS(1);
    goto stg_gc_prim_n(integer_cmm_int2Integerzh, val);
}

第一行增加惠普分配的数量。第二行检查堆溢出。第三行记录我们试图分配的金额，这样GC就可以撤销它。第四行调用GC。

第四行是最有趣的。参数告诉GC如何在垃圾回收完成后重新启动线程:它应该使用参数val重新调用integer_cmm_int2Integerzh。_n( stg_gc_prim_n中的"_n“和ALLOC_PRIM_N中的"_N”)意味着val是一个非指针参数(在本例中是Int#)。如果val是指向Haskell堆对象的指针，则GC需要知道它是活动的(因此它不会被收集)，并使用对象的新地址重新调用我们的函数。在这种情况下，我们将使用_p变体。还有一些变体，如用于多指针参数的_pp，用于Double#参数的_d等。

在第5行之后，我们成功地分配了一个SIZEOF_StgArrWords + WDS(1)字节块，记住，Hp指向它的最后一个单词。所以，p= Hp - SIZEOF_StgArrWords将p设置为这个块的开头。第8行填充p的info指针，将新创建的堆对象标识为ARR_WORDS。CCCS是当前的成本中心堆栈，仅用于分析。启用分析时，每个堆对象都包含一个额外的字段，该字段基本上标识谁负责其分配。在非分析构建中，没有CCCS，SET_HDR只设置信息指针。最后，第9行填充ByteArray#的size字段。函数的其余部分填充有效负载并返回符号值和ByteArray#对象指针。

因此，这最终更多地是关于GHC堆而不是Cmm语言，但我希望它能有所帮助。

Answer 2

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所需知识

为了实现运算和逻辑运算，计算机在其CPU (Central )中采用了数字电路，称为ALU (算术逻辑单元)。ALU从输入寄存器加载数据。处理器寄存器是在位于CPU芯片E 220的SRAM(静态随机存取存储器)中实现的L1 cache (数据请求在3 CPU时钟时钟内的数据请求)中的内存存储。一个处理器通常包含几种寄存器的，通常根据它们能容纳的的位数来区分。

数字是用表示的离散位，可以保持有限的数值。数字通常遵循原语类型，由编程语言(在哈斯克尔)公开：

 8 bit numbers = 256 unique representable values
16 bit numbers = 65 536 unique representable values
32 bit numbers = 4 294 967 296 unique representable values
64 bit numbers = 18 446 744 073 709 551 616 unique representable values

针对这些类型的固定精度算法已经在硬件中实现了.字大小是指计算机的CPU一次可处理的位数。对于x86体系结构，这是32位和x64，这是64位。

IEEE754定义了{16，32，64,128}位数字的浮点数标准，例如32位点数(有4 294 967 296个唯一值)，至少可以保持近似值-3.402823e38到3.402823e38，其精度至少<代码>E 2547<代码>E 256浮点数>E 157位数。

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此外

缩写GMP指的是GNU多精度算法库，并添加了对软件模拟的任意精度算法的支持。Glasgow Haskell编译器 Integer实现使用此方法。

GMP的目标是在所有操作数的大小上比任何其他大型库都更快。这样做的一些重要因素是：

• 使用完整的单词作为基本算术类型。
• 对于不同的操作数，使用不同的算法；对于非常大的数字，速度较快的算法通常对较小的数字使用较慢的算法。
• 高度优化的汇编语言代码最重要的内环，专门为不同的处理器。

回答

对于某些人来说，Haskell可能有点难以理解语法，下面是javascript版本

var integer_cmm_int2Integerzh = function(word) {
  return WORDSIZE == 32 
    ? goog.math.Integer.fromInt(word))
    : goog.math.Integer.fromBits([word.getLowBits(), word.getHighBits()]);
};

goog是使用的Google闭包库类位于Math.Integer中。称为职能：

goog.math.Integer.fromInt = function(value) {
  if (-128 <= value && value < 128) {
    var cachedObj = goog.math.Integer.IntCache_[value];
    if (cachedObj) {
      return cachedObj;
    }
  }

  var obj = new goog.math.Integer([value | 0], value < 0 ? -1 : 0);
  if (-128 <= value && value < 128) {
    goog.math.Integer.IntCache_[value] = obj;
  }
  return obj;
};
goog.math.Integer.fromBits = function(bits) {
  var high = bits[bits.length - 1];
  return new goog.math.Integer(bits, high & (1 << 31) ? -1 : 0);
};

这并不完全正确，因为返回类型应该是return (s,p);

• S是值
• P是符号

为了修复这个问题，应该创建GMP包装器。这是在Haskell到JavaScript编译器项目(源链接)中完成的。

第5-9行

ALLOC_PRIM_N (SIZEOF_StgArrWords + WDS(1), integer_cmm_int2Integerzh, val);
p = Hp - SIZEOF_StgArrWords;
SET_HDR(p, stg_ARR_WORDS_info, CCCS);
StgArrWords_bytes(p) = SIZEOF_W;

如下所示

• 将空间分配为新单词
• 创建指向它的指针
• 设置指针值
• 设置指针类型大小