Add data usage

Author: Evian-Zhang

code/article_03/global_variable_test.ll

@@ -3,4 +3,4 @@
 
 define i32 @main() {
 	ret i32 0
-}
+}

code/article_03/many_registers_test.ll

@@ -18,21 +18,21 @@ define i32 @main() {
 	%14 = add i32 1, 2
 	%15 = add i32 1, 2
 
-	store i32 %1, i32* @global_variable
-	store i32 %2, i32* @global_variable
-	store i32 %3, i32* @global_variable
-	store i32 %4, i32* @global_variable
-	store i32 %5, i32* @global_variable
-	store i32 %6, i32* @global_variable
-	store i32 %7, i32* @global_variable
-	store i32 %8, i32* @global_variable
-	store i32 %9, i32* @global_variable
-	store i32 %10, i32* @global_variable
-	store i32 %11, i32* @global_variable
-	store i32 %12, i32* @global_variable
-	store i32 %13, i32* @global_variable
-	store i32 %14, i32* @global_variable
-	store i32 %15, i32* @global_variable
+	store i32 %1, ptr @global_variable
+	store i32 %2, ptr @global_variable
+	store i32 %3, ptr @global_variable
+	store i32 %4, ptr @global_variable
+	store i32 %5, ptr @global_variable
+	store i32 %6, ptr @global_variable
+	store i32 %7, ptr @global_variable
+	store i32 %8, ptr @global_variable
+	store i32 %9, ptr @global_variable
+	store i32 %10, ptr @global_variable
+	store i32 %11, ptr @global_variable
+	store i32 %12, ptr @global_variable
+	store i32 %13, ptr @global_variable
+	store i32 %14, ptr @global_variable
+	store i32 %15, ptr @global_variable
 
 	ret i32 0
-}
+}

code/article_03/register_test.ll

@@ -2,4 +2,4 @@
 define i32 @main() {
 	%local_variable = add i32 1, 2
 	ret i32 %local_variable
-}
+}

code/article_03/extract_insert_value.ll renamed to code/article_04/extract_insert_value.ll

@@ -96,7 +96,7 @@ function max(register a, register b) {
 
 因此，由这个简单的例子我们可以看出来，如果寄存器的数量足够，并且代码中没有需要操作内存地址的时候，寄存器是足够胜任的，并且更加高效的。
 
-#### 寄存器
+## 寄存器
 
 正因为如此，LLVM IR引入了虚拟寄存器的概念。在LLVM IR中，一个函数的局部变量可以是寄存器或者栈上的变量。对于寄存器而言，我们只需要像普通的赋值语句一样操作，但需要注意名字必须以`%`开头：
 
@@ -125,14 +125,14 @@ main:
 
 确实这个局部变量`%local_variable`变成了寄存器`eax`。
 
-关于寄存器，我们还需了解一点。在不同的ABI下，会有一些called-saved register和calling-saved register。简单来说，就是在函数内部，某些寄存器的值不能改变。或者说，在函数返回时，某些寄存器的值要和进入函数前相同。比如，在System V的ABI下，`rbp`, `rbx`, `r12`, `r13`, `r14`, `r15`都需要满足这一条件。由于LLVM IR是面向多平台的，所以我们需要一份代码适用于多种ABI。因此，LLVM IR内部自动帮我们做了这些事。如果我们把所有没有被保留的寄存器都用光了，那么LLVM IR会帮我们把这些被保留的寄存器放在栈上，然后继续使用这些被保留寄存器。当函数退出时，会帮我们自动从栈上获取到相应的值放回寄存器内。
+关于寄存器，我们还需了解一点。在不同的ABI下，会有一些callee-saved register和caller-saved register。简单来说，就是在函数内部，某些寄存器的值不能改变。或者说，在函数返回时，某些寄存器的值要和进入函数前相同。比如，在System V的ABI下，`rbp`, `rbx`, `r12`, `r13`, `r14`, `r15`都需要满足这一条件。由于LLVM IR是面向多平台的，所以我们需要一份代码适用于多种ABI。因此，LLVM IR内部自动帮我们做了这些事。如果我们把所有没有被保留的寄存器都用光了，那么LLVM IR会帮我们把这些被保留的寄存器放在栈上，然后继续使用这些被保留寄存器。当函数退出时，会帮我们自动从栈上获取到相应的值放回寄存器内。
 
 那么，如果所有通用寄存器都用光了，该怎么办？LLVM IR会帮我们把剩余的值放在栈上，但是对我们用户而言，实际上都是虚拟寄存器，用户是感觉不到差别的。
 
 因此，我们可以粗略地理解LLVM IR对寄存器的使用：
 
-* 当所需寄存器数量较少时，直接使用called-saved register，即不需要保留的寄存器
-* 当called-saved register不够时，将calling-saved register原本的值压栈，然后使用calling-saved register
+* 当所需寄存器数量较少时，直接使用callee-saved register，即不需要保留的寄存器
+* 当callee-saved register不够时，将caller-saved register原本的值压栈，然后使用caller-saved register
 * 当寄存器用光以后，就把多的虚拟寄存器的值压栈
 
 我们可以写一个简单的程序验证。对于x86_64架构下，我们只需要使用15个虚拟寄存器就可以验证这件事。鉴于篇幅，我就不把代码放在文章中了，如果想看详细代码可以去我的GitHub仓库中查看`many_registers_test.ll`。我们将其编译成汇编语言之后，可以看到在函数开头就有
@@ -153,7 +153,7 @@ addl	$1, %eax
 movl	%eax, -4(%rsp)
 ```
 
-#### 栈
+## 栈
 
 我们之前说过，当不需要操作地址并且寄存器数量足够时，我们可以直接使用寄存器。而LLVM IR的策略保证了我们可以使用无数的虚拟寄存器。那么，在需要操作地址以及需要可变变量（之后会提到为什么）时，我们就需要使用栈。
 
@@ -163,4 +163,4 @@ LLVM IR对栈的使用十分简单，直接使用`alloca`指令即可。如：
 %local_variable = alloca i32
 ```
 
-就可以声明一个在栈上的变量了。关于栈上变量的操作，我会在下面提到，目前我们对栈上变量的了解只需这么多。
+就可以声明一个在栈上的变量了。关于栈上变量的操作，我会在之后提到，目前我们对栈上变量的了解只需这么多。

src/03-02-寄存器和栈.md

@@ -0,0 +1,62 @@
+# 数据的使用
+
+在之前的两篇文章中，我们解释了LLVM中是如何对应数据区、寄存器和栈上的数据的。那么，这些数据定义了以后，该如何使用呢？
+
+## 全局变量和栈上变量皆指针
+
+下面，我们就需要讲怎样使用全局变量和栈上的变量。这两种变量实际上是类似的，LLVM IR把它们都看作指针。也就是说，对于全局变量：
+
+```llvm
+@global_variable = global i32 0
+```
+
+和栈上变量
+
+```llvm
+%local_variable = alloca i32
+```
+
+这两个变量实际上都是`ptr`指针，指向它们所处的一个`i32`大小的内存区域。所以，我们不能这样：
+
+```llvm
+%1 = add i32 1, @global_variable ; Wrong!
+```
+
+因为`@global_variable`只是一个指针。
+
+如果要操作这些值，必须使用`load`和`store`这两个命令。如果我们要获取`@global_variable`的值，就需要
+
+```llvm
+%1 = load i32, ptr @global_variable
+```
+
+这个指令的意思是，把一个`ptr`指针`@global_variable`的`i32`类型的值赋给虚拟寄存器`%1`，然后我们就能愉快地
+
+```llvm
+%2 = add i32 1, %1
+```
+
+这样了。
+
+类似地，如果我们要将值存储到全局变量或栈上变量里，会需要`store`命令：
+
+```llvm
+store i32 1, ptr @global_variable
+```
+
+这个代表将`i32`类型的值`1`赋给`ptr`类型的全局变量`@global_variable`所指的内存区域中。
+
+## SSA
+
+LLVM IR是一个严格遵守SSA(Static Single Assignment)策略的语言。SSA的要求很简单：每个变量只被赋值一次。也就是说，你不能
+
+```llvm
+%1 = add i32 1, 2
+%1 = add i32 3, 4
+```
+
+对`%1`同时赋值两次是不被允许的。
+
+SSA作为一个历史悠久的概念，已经有了相当成熟的相关技术。通过使用SSA，编译器可以进行更好的优化，应用更成熟的算法，得到更好的结果。这里因为个人能力有限，就不再多对SSA进行介绍。我们只需要知道，通过约束每个变量只被赋值一次，可以让LLVM更好地优化。
+
+上面这个例子好做，直接把3加4的结果赋值给一个新的虚拟寄存器就好了。但是，并非所有的情况都这么简单。在一些复杂情况下，将值存储在栈上再取出来，或者使用`phi`指令（见之后控制语句一章），也是一个更好的选择。

src/03-03-数据的使用.md

@@ -70,74 +70,3 @@ int main() {
 * 寄存器中的数据
 * 栈上的数据
 * 数据区里的数据
-
-## LLVM IR中的数据表示
-
-LLVM IR中，我们需要表示的数据也是以上三种。那么，这三种数据各有什么特点，又需要根据LLVM的特性做出什么样的调整呢？
-
-### 全局变量和栈上变量皆指针
-
-下面，我们就需要讲怎样操作全局变量和栈上的变量。这两种变量实际上是类似的，LLVM IR把它们都看作指针。也就是说，对于全局变量：
-
-```llvm
-@global_variable = global i32 0
-```
-
-和栈上变量
-
-```llvm
-%local_variable = alloca i32
-```
-
-这两个变量实际上都是`i32*`类型的指针，指向它们所处的内存区域。所以，我们不能这样：
-
-```llvm
-%1 = add i32 1, @global_variable ; Wrong!
-```
-
-因为`@global_variable`只是一个指针。
-
-如果要操作这些值，必须使用`load`和`store`这两个命令。如果我们要获取`@global_variable`的值，就需要
-
-```llvm
-%1 = load i32, i32* @global_variable
-```
-
-这个指令的意思是，把一个`i32*`类型的指针`@global_variable`的`i32`类型的值赋给虚拟寄存器`%1`，然后我们就能愉快地
-
-```llvm
-%2 = add i32 1, %1
-```
-
-这样了。
-
-类似地，如果我们要将值存储到全局变量或栈上变量里，会需要`store`命令：
-
-```llvm
-store i32 1, i32* @global_variable
-```
-
-这个代表将`i32`类型的值`1`赋给`i32*`类型的全局变量`@global_variable`所指的内存区域中。
-
-### SSA
-
-LLVM IR是一个严格遵守SSA(Static Single Assignment)策略的语言。SSA的要求很简单：每个变量只被赋值一次。也就是说，你不能
-
-```llvm
-%1 = add i32 1, 2
-%1 = add i32 3, 4
-```
-
-对`%1`同时赋值两次是不被允许的。
-
-那么，我们应该怎样实现可变变量呢？很简单，把可变变量放到全局变量或者栈内变量里，虚拟寄存器只存储不可变的变量。比如说，我想实现上面的功能，把两次运算结果储存到同一个变量内：
-
-```llvm
-%stack_variable = alloca i32
-%1 = add i32 1, 2
-store i32 %1, i32* %stack_variable
-%2 = add i32 3, 4
-store i32 %2, i32* %stack_variable
-```
-
-我们同样遵守了SSA，而且也满足了可变变量的需求。此外，虽然LLVM IR上看上去很复杂，LLVM后端也会帮我们优化到比较简单的形式，不会因为SSA而降低性能。

src/03-数据表示.md

@@ -7,6 +7,7 @@
 - [数据表示](03-数据表示.md)
    - [数据区与符号表](03-01-数据区与符号表.md)
    - [寄存器和栈](03-02-寄存器和栈.md)
+   - [数据的使用](03-03-数据的使用.md)
 - [类型系统](04-类型系统.md)
 - [控制语句](05-控制语句.md)
 - [函数](06-函数.md)