UNIDAD IV: GENERACIÓN DE CÓDIGO

La fase final de un compilador es la generación de código objeto, que por lo general consiste en código de máquina relocalizable o código ensamblador. Las posiciones de memoria se seleccionan para cada una de las variables usadas por el programa. Después, cada una de las instrucciones intermedias se traduce a una secuencia de instrucciones de máquina que ejecuta la misma tarea. Un aspecto decisivo es la asignación de variables a registros. 

 El generador de código objeto puede considerarse como la penúltima fase de un compilador, la cual se encarga de tomar como entrada el código intermedio generado por el front-end, y producir código objeto de la arquitectura target para luego entrar en la fase de optimización de código. Toma como entrada de representación intermedia el programa fuente y produce como salida un programa objeto equivalente.

Aspectos generales

Administración de memoria:

La correspondencia entre los nombres del programa fuente con direcciones de objetos de datos en la memoria durante la ejecución la realiza la etapa inicial en cooperación con el generador de código. Las entradas en la Tabla de Símbolos se van creando conforme se examina las declaraciones de un procedimiento. 
El tipo en una declaración determina la cantidad de memoria necesaria para el nombre declarado.
Según la información de la Tabla de Símbolos se pueden determinar una dirección relativa para el nombre de un área de datos para el procedimiento.

Selección de instrucciones: 

Es importante que el conjunto de instrucciones sea uniforme y completo. Las velocidades de las instrucciones es un factor importante. Si no se tiene en cuenta la eficiencia del programa objeto, la selección de instrucciones es sencilla. Para cada tipo de proposición de tres direcciones, se puede diseñar un esqueleto de código.

Ejemplo: 

código de tres direcciones de:
x := y + z

MOV y, R0 /* cargar y en el registro R0 */
ADD z, R0 /* suma z a R0 */
MOV R0, x /* almacenar R0 en x */

Asignación de registros:

Las instrucciones que implican operandos en registros son generalmente más rápidas que las de los operandos en memoria. Por lo tanto, utilizar eficientemente los registros es fundamental para generar un buen código. El uso de registros se divide en dos subproblemas:

• Durante la asignación de los registros: se selecciona el conjunto de variables que residirá en los registros en un momento del programa.
• Durante la fase posterior de asignación a los registros, se escoge el registro específico en el que residirá una variable.

Elección del orden de evaluación:

El orden en que se realizan los cálculos puede variar la eficiencia del código objeto. Algunos ordenamientos de los cálculos necesitan menos registros que otros para guardar resultados intermedios.

Elegir un orden mejor es un problema difícil, NP-completo.

Imagen 1.- Generación de Código

REGISTROS

Los registros son la memoria principal de la computadora. Existen diversos registros de propósito general y otros de uso exclusivo.
 Algunos registros de propósito general son utilizados para cierto tipo de funciones. Existen registros acumuladores, puntero de instrucción, de pila, etc. 

Imagen 2.- Registros 

Distribución 

La distribución es el proceso en el que el programa generado puede ejecutarse en otras máquinas. 

Con respecto al ensamblador, la mayoría del direccionamiento se hace relativo para que el programa sea relocalizable por un programa llamado cargador.

 En el caso de programas compilados se necesitan de las librerías, si son estáticas se incluyen en el ejecutable por lo que el programa se hace gráfico, si son dinámicas no pero el programa es más pequeño.

 Debido a la complejidad del software actual se necesitan de asistentes para poder instalar y ejecutar un programa. 

Operar sobre registros es más rápido y eficiente que operar sobre memoria. Por ello, la adjudicación eficiente de registros tiene un gran impacto en la performance. El uso de registros puede dividirse en dos subproblemas: 

• Durante la reserva de registros (allocation), se seleccionan el conjunto de variables que vivirá en registros en un punto del programa.
•  Durante la (posterior) asignación de registros (assignation), se elige el registro específico para cada variable.

LENGUAJE MÁQUINA

El lenguaje máquina sólo es entendible por las computadoras. Se basa en una lógica binaria de 0 y 1, generalmente implementada por mecanismos eléctricos.

 En general el lenguaje máquina es difícil de entender para los humanos por este motivo hacemos uso de lenguajes más parecidos a los lenguajes naturales.

 Características

 • El lenguaje máquina realiza un conjunto de operaciones predeterminadas llamadas microoperaciones. 

• Las microoperaciones sólo realizan operaciones del tipo aritmética (+,-,*, /), lógicas (AND, OR, NOT) y de control (secuencial, decisión, repetitiva).

• El lenguaje máquina es dependiente del tipo de arquitectura. Así un programa máquina para una arquitectura Intel x86 no se ejecutará en una arquitectura Power PC de IBM (al menos de manera nativa). 

• Algunos microprocesadores implementan más funcionalidades llamado CISC, pero son más lentos que los RISC ya que estos tienen registros más grandes.

 Direccionamiento Es la forma en cómo se accede a la memoria. Recordar que un programa no puede ejecutarse sino se encuentra en memoria principal. La forma de acceder a la memoria depende del microprocesador, pero en general existen dos tipos de direccionamiento: directo e indirecto. 

• El direccionamiento directo también recibe el nombre de direccionamiento absoluto y el acceso a las direcciones se hace de manera directa. 

• El direccionamiento indirecto también recibe el nombre de direccionamiento relativo y se basa a partir de una dirección genérica, generalmente el inicio del programa. Para acceder a una dirección relativa se suma a la dirección base el número de espacios de memorias necesarias.

El direccionamiento relativo hace a los programas relocalizables e independientes. Si la dirección base es el inicio de la memoria fija el direccionamiento pasa a ser un variante de direccionamiento absoluto.

ADMINISTRACIÓN DE MEMORIA

Consiste en determinar la posición de memoria en la que los diferentes símbolos del programa almacenan la información.

Depende de la estrategia utilizada para la gestión de memoria, el mecanismo puede variar.

 La administración de la memoria es un proceso hoy en día muy importante, de tal modo que su mal o buen uso tiene una acción directa sobre el desempeño de memoria. 

En general un ensamblador tiene un administrador de memoria más limitado que un compilador. 

En la mayoría de los lenguajes de programación el uso de punteros no estaba vigilado por lo que se tienen muchos problemas con el uso de memoria. Los lenguajes más recientes controlan el uso de punteros y tienen un programa denominado recolector de basura que se encarga de limpiar la memoria no utilizada mejorando el desempeño.