codegen: {put,get}static for static field access
[mate.git] / Mate / X86CodeGen.hs
index 5a886d3d353db61023139913da3eab764a098b07..0891d546459f947007ccbf12bb8d3faf49a9f0fa 100644 (file)
 {-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
+{-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}
 module Mate.X86CodeGen where
 
 import Data.Binary
 import Data.Int
-import Data.List
 import Data.Maybe
 import qualified Data.Map as M
 import qualified Data.ByteString.Lazy as B
+import Control.Monad
 
 import Foreign
-import Foreign.Ptr
 import Foreign.C.Types
 
 import Text.Printf
 
 import qualified JVM.Assembler as J
 import JVM.Assembler hiding (Instruction)
+import JVM.ClassFile
 
 import Harpy
 import Harpy.X86Disassembler
 
 import Mate.BasicBlocks
+import Mate.Types
+import Mate.Utilities
+import Mate.ClassPool
 
+foreign import ccall "dynamic"
+   code_int :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt) -> (CInt -> CInt -> IO CInt)
+
+foreign import ccall "getaddr"
+  getaddr :: CUInt
+
+foreign import ccall "callertrap"
+  callertrap :: IO ()
+
+foreign import ccall "register_signal"
+  register_signal :: IO ()
+
+test_01, test_02, test_03 :: IO ()
 test_01 = do
-      hmap <- parseMethod "./tests/While.class" "f"
+  register_signal
+  (entry, end) <- testCase "./tests/Fib" "fib"
+  let entryFuncPtr = ((castPtrToFunPtr entry) :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt))
+
+  mapM_ (\x -> do
+    result <- code_int entryFuncPtr x 0
+    let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
+    let kk :: String; kk = if iresult == (fib x) then "OK" else "FAIL (" ++ (show (fib x)) ++ ")"
+    printf "result of fib(%2d): %3d\t\t%s\n" (fromIntegral x :: Int) iresult kk
+    ) $ ([0..10] :: [CInt])
+  printf "patched disasm:\n"
+  Right newdisasm <- disassembleBlock entry end
+  mapM_ (putStrLn . showAtt) newdisasm
+  where
+    fib :: CInt -> Int
+    fib n
+      | n <= 1 = 1
+      | otherwise = (fib (n - 1)) + (fib (n - 2))
+
+
+test_02 = do
+  (entry,_) <- testCase "./tests/While" "f"
+  let entryFuncPtr = ((castPtrToFunPtr entry) :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt))
+  result <- code_int entryFuncPtr 5 4
+  let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
+  let kk :: String; kk = if iresult == 15 then "OK" else "FAIL"
+  printf "result of f(5,4): %3d\t\t%s\n" iresult kk
+
+  result2 <- code_int entryFuncPtr 4 3
+  let iresult2 :: Int; iresult2 = fromIntegral result2
+  let kk2 :: String; kk2 = if iresult2 == 10 then "OK" else "FAIL"
+  printf "result of f(4,3): %3d\t\t%s\n" iresult2 kk2
+
+
+test_03 = do
+  (entry,_) <- testCase "./tests/While" "g"
+  let entryFuncPtr = ((castPtrToFunPtr entry) :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt))
+  result <- code_int entryFuncPtr 5 4
+  let iresult :: Int; iresult = fromIntegral result
+  let kk :: String; kk = if iresult == 15 then "OK" else "FAIL"
+  printf "result of g(5,4): %3d\t\t%s\n" iresult kk
+
+  result2 <- code_int entryFuncPtr 4 3
+  let iresult2 :: Int; iresult2 = fromIntegral result2
+  let kk2 :: String; kk2 = if iresult2 == 10 then "OK" else "FAIL"
+  printf "result of g(4,3): %3d\t\t%s\n" iresult2 kk2
+
+
+testCase :: B.ByteString -> B.ByteString -> IO (Ptr Word8, Int)
+testCase cf method = do
+      cls <- getClassFile cf
+      hmap <- parseMethod cls method
       printMapBB hmap
       case hmap of
-        Nothing -> putStrLn "sorry, no code generation"
-        Just hmap -> do
-              let ebb = emitFromBB hmap
-              (_, Right ((entry, bbstarts, jumps), disasm)) <- runCodeGen ebb () ()
+        Nothing -> error "sorry, no code generation"
+        Just hmap' -> do
+              let ebb = emitFromBB cls hmap'
+              (_, Right ((entry, bbstarts, end, _), disasm)) <- runCodeGen ebb () ()
               let int_entry = ((fromIntegral $ ptrToIntPtr entry) :: Int)
-              -- TODO(bernhard): patch jumps
               printf "disasm:\n"
               mapM_ (putStrLn . showAtt) disasm
               printf "basicblocks addresses:\n"
               let b = map (\(x,y) -> (x,y + int_entry)) $ M.toList bbstarts
               mapM_ (\(x,y) -> printf "\tBasicBlock %2d starts at 0x%08x\n" x y) b
-              printf "stuff to patch:\n"
-              let patching = [ (int_entry + topatch
-                             ,  int_entry + (fromJust $ M.lookup bid bbstarts))
-                             | (Jump (bid,topatch)) <- jumps]
-              mapM_ (\(x,y) -> printf "\tpatch jmp @ 0x%08x to address 0x%08x\n" x y) patching
+              return (entry, end)
 
 type EntryPoint = Ptr Word8
 type EntryPointOffset = Int
 type PatchInfo = (BlockID, EntryPointOffset)
-data Jump = Jump PatchInfo
 
 type BBStarts = M.Map BlockID Int
 
-type CompileInfo = (EntryPoint, BBStarts, [Jump])
+type CompileInfo = (EntryPoint, BBStarts, Int, TMap)
 
-emitFromBB :: MapBB -> CodeGen e s (CompileInfo, [Instruction])
-emitFromBB hmap =  do
+
+emitFromBB :: Class Resolved -> MapBB -> CodeGen e s (CompileInfo, [Instruction])
+emitFromBB cls hmap =  do
+        llmap <- sequence [newNamedLabel ("bb_" ++ show x) | (x,_) <- M.toList hmap]
+        let lmap = zip (Prelude.fst $ unzip $ M.toList hmap) llmap
         ep <- getEntryPoint
         push ebp
         mov ebp esp
-        (bbstarts, jumps) <- efBB (0,(hmap M.! 0)) M.empty
-        mov esp ebp
-        pop ebp
-        ret
+
+        (calls, bbstarts) <- efBB (0,(hmap M.! 0)) M.empty M.empty lmap
         d <- disassemble
-        return ((ep, bbstarts, jumps), d)
+        end <- getCodeOffset
+        return ((ep, bbstarts, end, calls), d)
   where
-  efBB :: (BlockID, BasicBlock) -> BBStarts -> CodeGen e s (BBStarts, [Jump])
-  efBB (bid, bb) bbstarts =
+  getLabel :: BlockID -> [(BlockID, Label)] -> Label
+  getLabel _ [] = error "label not found!"
+  getLabel i ((x,l):xs) = if i==x then l else getLabel i xs
+
+  efBB :: (BlockID, BasicBlock) -> TMap -> BBStarts -> [(BlockID, Label)] -> CodeGen e s (TMap, BBStarts)
+  efBB (bid, bb) calls bbstarts lmap =
         if M.member bid bbstarts then
-          return (bbstarts, [])
-        else
-          do
+          return (calls, bbstarts)
+        else do
           bb_offset <- getCodeOffset
           let bbstarts' = M.insert bid bb_offset bbstarts
-          mapM emit $ code bb
-          jj <- getCodeOffset
-          let j = Jump (bid, jj)
+          defineLabel $ getLabel bid lmap
+          cs <- mapM emit' $ code bb
+          let calls' = calls `M.union` (M.fromList $ catMaybes cs)
           case successor bb of
-            Return -> return (bbstarts', [])
+            Return -> return (calls', bbstarts')
+            FallThrough t -> do
+              efBB (t, hmap M.! t) calls' bbstarts' lmap
             OneTarget t -> do
-              (bbstarts'', jumps) <- efBB (t, hmap M.! t) bbstarts'
-              return (bbstarts'', j:jumps)
+              efBB (t, hmap M.! t) calls' bbstarts' lmap
             TwoTarget t1 t2 -> do
-              (bbstarts'', jumps) <- efBB (t1, hmap M.! t1) bbstarts'
-              (bbstarts''', jumps') <- efBB (t2, hmap M.! t2) bbstarts''
-              return (bbstarts''', j:(jumps ++ jumps'))
-  -- TODO(bernhard): also use metainformation
-  -- TODO(bernhard): implement `emit' as function which accepts a list of
-  --                 instructions, so we can use patterns for optimizations
-  emit :: J.Instruction -> CodeGen e s ()
-  emit (ILOAD_ x) = do
-      push (Disp (cArgs_ x), ebp)
-  emit (ISTORE_ x) = do
-      pop eax
-      mov (Disp (cArgs_ x), ebp) eax
-  emit IADD = do pop ebx; pop eax; add eax ebx; push eax
-  emit (IINC x imm) = do
-      add (Disp (cArgs x), ebp) (s8_w32 imm)
-
-  emit (IF cond _) = do
-      pop eax
-      cmp eax (0 :: Word32)
-      -- TODO(bernhard): can we use harpy magic here, in order to avoid patching?
-      case cond of
-        -- "patch me" after code generation (here we don't know the address yet)
-        C_EQ -> error "not implemented yet"
-        C_NE -> error "not implemented yet"
-        C_LT -> error "not implemented yet"
-        C_GE -> error "not implemented yet"
-        C_GT -> jg (0xaabbccdd :: Word32)
-        C_LE -> error "not implemented yet"
-
-  emit IRETURN = do pop eax
-  emit _ = do cmovbe eax eax -- dummy
+              (calls'', bbstarts'') <- efBB (t1, hmap M.! t1) calls' bbstarts' lmap
+              efBB (t2, hmap M.! t2) calls'' bbstarts'' lmap
+    -- TODO(bernhard): also use metainformation
+    -- TODO(bernhard): implement `emit' as function which accepts a list of
+    --                 instructions, so we can use patterns for optimizations
+    where
+    emit' :: J.Instruction -> CodeGen e s (Maybe (Word32, TrapInfo))
+    emit' (INVOKESTATIC cpidx) = do
+        ep <- getEntryPoint
+        let w32_ep = (fromIntegral $ ptrToIntPtr ep) :: Word32
+        let l = buildMethodID cls cpidx
+        calladdr <- getCodeOffset
+        let w32_calladdr = w32_ep + (fromIntegral calladdr) :: Word32
+        newNamedLabel (show l) >>= defineLabel
+        -- causes SIGILL. in the signal handler we patch it to the acutal call.
+        -- place a nop at the end, therefore the disasm doesn't screw up
+        emit32 (0xffff9090 :: Word32) >> emit8 (0x90 :: Word8)
+        -- discard arguments on stack
+        let argcnt = (methodGetArgsCount cls cpidx) * 4
+        when (argcnt > 0) (add esp argcnt)
+        -- push result on stack if method has a return value
+        when (methodHaveReturnValue cls cpidx) (push eax)
+        return $ Just $ (w32_calladdr, MI l)
+    emit' (PUTSTATIC cpidx) = do
+        pop eax
+        ep <- getEntryPoint
+        let w32_ep = (fromIntegral $ ptrToIntPtr ep) :: Word32
+        trapaddr <- getCodeOffset
+        let w32_trapaddr = w32_ep + (fromIntegral trapaddr)
+        mov (Addr 0x00000000) eax -- it's a trap
+        return $ Just $ (w32_trapaddr, SFI $ buildFieldID cls cpidx)
+    emit' (GETSTATIC cpidx) = do
+        ep <- getEntryPoint
+        let w32_ep = (fromIntegral $ ptrToIntPtr ep) :: Word32
+        trapaddr <- getCodeOffset
+        let w32_trapaddr = w32_ep + (fromIntegral trapaddr)
+        mov eax (Addr 0x00000000) -- it's a trap
+        push eax
+        return $ Just $ (w32_trapaddr, SFI $ buildFieldID cls cpidx)
+    emit' insn = emit insn >> return Nothing
+
+    emit :: J.Instruction -> CodeGen e s ()
+    emit POP = do -- print dropped value
+        ep <- getEntryPoint
+        let w32_ep = (fromIntegral $ ptrToIntPtr ep) :: Word32
+        -- '5' is the size of the `call' instruction ( + immediate)
+        calladdr <- getCodeOffset
+        let w32_calladdr = 5 + w32_ep + (fromIntegral calladdr) :: Word32
+        let trapaddr = (fromIntegral getaddr :: Word32)
+        call (trapaddr - w32_calladdr)
+        add esp (4 :: Word32)
+    emit (BIPUSH val) = push ((fromIntegral val) :: Word32)
+    emit (SIPUSH val) = push ((fromIntegral $ ((fromIntegral val) :: Int16)) :: Word32)
+    emit (ICONST_0) = push (0 :: Word32)
+    emit (ICONST_1) = push (1 :: Word32)
+    emit (ICONST_2) = push (2 :: Word32)
+    emit (ICONST_4) = push (4 :: Word32)
+    emit (ICONST_5) = push (5 :: Word32)
+    emit (ILOAD_ x) = do
+        push (Disp (cArgs_ x), ebp)
+    emit (ISTORE_ x) = do
+        pop eax
+        mov (Disp (cArgs_ x), ebp) eax
+    emit IADD = do pop ebx; pop eax; add eax ebx; push eax
+    emit ISUB = do pop ebx; pop eax; sub eax ebx; push eax
+    emit IMUL = do pop ebx; pop eax; mul ebx; push eax
+    emit (IINC x imm) = do
+        add (Disp (cArgs x), ebp) (s8_w32 imm)
+
+    emit (IF_ICMP cond _) = do
+        pop eax -- value2
+        pop ebx -- value1
+        cmp ebx eax -- intel syntax is swapped (TODO(bernhard): test that plz)
+        let sid = case successor bb of TwoTarget _ t -> t; _ -> error "bad"
+        let l = getLabel sid lmap
+        case cond of
+          C_EQ -> je  l; C_NE -> jne l
+          C_LT -> jl  l; C_GT -> jg  l
+          C_GE -> jge l; C_LE -> jle l
+
+    emit (IF cond _) = do
+        pop eax -- value1
+        cmp eax (0 :: Word32) -- TODO(bernhard): test that plz
+        let sid = case successor bb of TwoTarget _ t -> t; _ -> error "bad"
+        let l = getLabel sid lmap
+        case cond of
+          C_EQ -> je  l; C_NE -> jne l
+          C_LT -> jl  l; C_GT -> jg  l
+          C_GE -> jge l; C_LE -> jle l
+
+    emit (GOTO _ ) = do
+        let sid = case successor bb of OneTarget t -> t; _ -> error "bad"
+        jmp $ getLabel sid lmap
+
+    emit RETURN = do mov esp ebp; pop ebp; ret
+    emit IRETURN = do
+        pop eax
+        mov esp ebp
+        pop ebp
+        ret
+    emit invalid = error $ "insn not implemented yet: " ++ (show invalid)
 
   cArgs x = (8 + 4 * (fromIntegral x))
   cArgs_ x = (8 + 4 * case x of I0 -> 0; I1 -> 1; I2 -> 2; I3 -> 3)