debug: use #ifdef guards
[mate.git] / Mate / X86CodeGen.hs
index 270368ffb78cbe3c9511ee0dbfba4afb1bb8832f..15397fada7e3f9af50db97fad0dddcaf2d02fb95 100644 (file)
@@ -1,34 +1,43 @@
+{-# LANGUAGE CPP #-}
 {-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
 {-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}
 module Mate.X86CodeGen where
 
 import Data.Binary
+import Data.BinaryState
 import Data.Int
 import Data.Maybe
 import qualified Data.Map as M
+import qualified Data.Set as S
 import qualified Data.ByteString.Lazy as B
+import Control.Monad
 
-import Foreign
+import Foreign hiding (xor)
 import Foreign.C.Types
 
+#ifdef DEFINE
 import Text.Printf
+#endif
 
 import qualified JVM.Assembler as J
 import JVM.Assembler hiding (Instruction)
 import JVM.ClassFile
-import JVM.Converter
 
 import Harpy
 import Harpy.X86Disassembler
 
 import Mate.BasicBlocks
+import Mate.Types
 import Mate.Utilities
+import Mate.ClassPool
+import Mate.Strings
+
 
 foreign import ccall "dynamic"
    code_int :: FunPtr (CInt -> CInt -> IO CInt) -> (CInt -> CInt -> IO CInt)
 
-foreign import ccall "getaddr"
-  getaddr :: CUInt
+foreign import ccall "getMallocAddr"
+  getMallocAddr :: CUInt
 
 foreign import ccall "callertrap"
   callertrap :: IO ()
@@ -36,79 +45,6 @@ foreign import ccall "callertrap"
 foreign import ccall "register_signal"
   register_signal :: IO ()
 
-foreign import ccall "get_cmap"
-  get_cmap :: IO (Ptr ())
-
-foreign import ccall "set_cmap"
-  set_cmap :: Ptr () -> IO ()
-
-test_01, test_02, test_03 :: IO ()
-test_01 = do
-  register_signal
-  (entry, end) <- testCase "./tests/Fib.class" "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.class" "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.class" "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 :: String -> B.ByteString -> IO (Ptr Word8, Int)
-testCase cf method = do
-      cls <- parseClassFile cf
-      hmap <- parseMethod cls method
-      printMapBB hmap
-      case hmap of
-        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)
-              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
-              return (entry, end)
 
 type EntryPoint = Ptr Word8
 type EntryPointOffset = Int
@@ -116,25 +52,19 @@ type PatchInfo = (BlockID, EntryPointOffset)
 
 type BBStarts = M.Map BlockID Int
 
-type CompileInfo = (EntryPoint, BBStarts, Int, CMap)
-
--- B.ByteString: encoded name: <Class>.<methodname><signature>
--- Class Resolved: classfile
--- Word16: index of invoke-instruction
-type MethodInfo = (B.ByteString, Class Resolved, Word16)
+type CompileInfo = (EntryPoint, BBStarts, Int, TrapMap)
 
--- Word32 = point of method call in generated code
--- MethodInfo = relevant information about callee
-type CMap = M.Map Word32 MethodInfo
 
-
-emitFromBB :: Class Resolved -> MapBB -> CodeGen e s (CompileInfo, [Instruction])
-emitFromBB cls hmap =  do
+emitFromBB :: B.ByteString -> Class Resolved -> MapBB -> CodeGen e s (CompileInfo, [Instruction])
+emitFromBB method 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
+        -- TODO(bernhard): determine a reasonable value.
+        --                 e.g. (locals used) * 4
+        sub esp (0x60 :: Word32)
 
         (calls, bbstarts) <- efBB (0,(hmap M.! 0)) M.empty M.empty lmap
         d <- disassemble
@@ -145,7 +75,7 @@ emitFromBB cls hmap =  do
   getLabel _ [] = error "label not found!"
   getLabel i ((x,l):xs) = if i==x then l else getLabel i xs
 
-  efBB :: (BlockID, BasicBlock) -> CMap -> BBStarts -> [(BlockID, Label)] -> CodeGen e s (CMap, BBStarts)
+  efBB :: (BlockID, BasicBlock) -> TrapMap -> BBStarts -> [(BlockID, Label)] -> CodeGen e s (TrapMap, BBStarts)
   efBB (bid, bb) calls bbstarts lmap =
         if M.member bid bbstarts then
           return (calls, bbstarts)
@@ -168,49 +98,163 @@ emitFromBB cls hmap =  do
     -- 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, MethodInfo))
-    emit' (INVOKESTATIC cpidx) = do
-        ep <- getEntryPoint
-        let w32_ep = (fromIntegral $ ptrToIntPtr ep) :: Word32
+    getCurrentOffset :: CodeGen e s (Word32)
+    getCurrentOffset = do
+      ep <- getEntryPoint
+      let w32_ep = (fromIntegral $ ptrToIntPtr ep) :: Word32
+      offset <- getCodeOffset
+      return $ w32_ep + (fromIntegral offset)
+
+    emitInvoke :: Word16 -> Bool -> CodeGen e s (Maybe (Word32, TrapInfo))
+    emitInvoke cpidx hasThis = do
         let l = buildMethodID cls cpidx
-        calladdr <- getCodeOffset
-        let w32_calladdr = w32_ep + (fromIntegral calladdr) :: Word32
-        newNamedLabel (toString l) >>= defineLabel
-        -- TODO(bernhard): better try SIGILL instead of SIGSEGV?
-        mov (Addr 0) eax
-        -- discard arguments (TODO(bernhard): don't hardcode it)
-        add esp (4 :: Word32)
-        -- push result on stack (TODO(bernhard): if any)
+        calladdr <- getCurrentOffset
+        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 = ((if hasThis then 1 else 0) + (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 $ (calladdr, MI l)
+
+    emit' :: J.Instruction -> CodeGen e s (Maybe (Word32, TrapInfo))
+    emit' (INVOKESPECIAL cpidx) = emitInvoke cpidx True
+    emit' (INVOKESTATIC cpidx) = emitInvoke cpidx False
+    emit' (INVOKEVIRTUAL cpidx) = do
+        -- get methodInfo entry
+        let mi@(MethodInfo methodname objname msig@(MethodSignature args _))  = buildMethodID cls cpidx
+        newNamedLabel (show mi) >>= defineLabel
+        -- objref lives somewhere on the argument stack
+        mov eax (Disp ((*4) $ fromIntegral $ length args), esp)
+        -- get method-table-ptr
+        mov eax (Disp 0, eax)
+        -- get method offset
+        let nameAndSig = methodname `B.append` (encode msig)
+        offset <- liftIO $ getMethodOffset objname nameAndSig
+        -- make actual (indirect) call
+        calladdr <- getCurrentOffset
+        call (Disp offset, eax)
+        -- discard arguments on stack (+4 for "this")
+        let argcnt = 4 + ((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)
+        -- note, the "mi" has the wrong class reference here.
+        -- we figure that out at run-time, in the methodpool,
+        -- depending on the method-table-ptr
+        return $ Just $ (calladdr, VI mi)
+    emit' (PUTSTATIC cpidx) = do
+        pop eax
+        trapaddr <- getCurrentOffset
+        mov (Addr 0x00000000) eax -- it's a trap
+        return $ Just $ (trapaddr, SFI $ buildStaticFieldID cls cpidx)
+    emit' (GETSTATIC cpidx) = do
+        trapaddr <- getCurrentOffset
+        mov eax (Addr 0x00000000) -- it's a trap
         push eax
-        return $ Just $ (w32_calladdr, (l, cls, cpidx))
+        return $ Just $ (trapaddr, SFI $ buildStaticFieldID 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)
+    emit POP = do -- dropp value
         add esp (4 :: Word32)
+    emit DUP = push (Disp 0, esp)
+    emit AASTORE = emit IASTORE
+    emit IASTORE = do
+        pop eax -- value
+        pop ebx -- offset
+        add ebx (1 :: Word32)
+        pop ecx -- aref
+        mov (ecx, ebx, S4) eax
+    emit AALOAD = emit IALOAD
+    emit IALOAD = do
+        pop ebx -- offset
+        add ebx (1 :: Word32)
+        pop ecx -- aref
+        push (ecx, ebx, S4)
+    emit ARRAYLENGTH = do
+        pop eax
+        push (Disp 0, eax)
+    emit (ANEWARRAY _) = emit (NEWARRAY 10) -- 10 == T_INT
+    emit (NEWARRAY typ) = do
+        let tsize = case decodeS (0 :: Integer) (B.pack [typ]) of
+                    T_INT -> 4
+                    _ -> error $ "newarray: type not implemented yet"
+        -- get length from stack, but leave it there
+        mov eax (Disp 0, esp)
+        mov ebx (tsize :: Word32)
+        -- multiple amount with native size of one element
+        mul ebx -- result is in eax
+        add eax (4 :: Word32) -- for "length" entry
+        -- push amount of bytes to allocate
+        push eax
+        callMalloc
+        pop eax -- ref to arraymemory
+        pop ebx -- length
+        mov (Disp 0, eax) ebx -- store length at offset 0
+        push eax -- push ref again
+    emit (NEW objidx) = do
+        let objname = buildClassID cls objidx
+        amount <- liftIO $ getObjectSize objname
+        push (amount :: Word32)
+        callMalloc
+        -- TODO(bernhard): save reference somewhere for GC
+        -- set method table pointer
+        mtable <- liftIO $ getMethodTable objname
+        mov (Disp 0, eax) mtable
+    emit (CHECKCAST _) = nop -- TODO(bernhard): ...
     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_3) = push (3 :: Word32)
+    emit (ICONST_4) = push (4 :: Word32)
     emit (ICONST_5) = push (5 :: Word32)
+    emit (ALOAD_ x) = emit (ILOAD_ x)
     emit (ILOAD_ x) = do
         push (Disp (cArgs_ x), ebp)
+    emit (ALOAD x) = emit (ILOAD x)
+    emit (ILOAD x) = do
+        push (Disp (cArgs x), ebp)
+    emit (ASTORE_ x) = emit (ISTORE_ x)
     emit (ISTORE_ x) = do
         pop eax
         mov (Disp (cArgs_ x), ebp) eax
+    emit (ASTORE x) = emit (ISTORE x)
+    emit (ISTORE x) = do
+        pop eax
+        mov (Disp (cArgs x), ebp) eax
+
+    emit (LDC1 x) = emit (LDC2 $ fromIntegral x)
+    emit (LDC2 x) = do
+        value <- case (constsPool cls) M.! x of
+                      (CString s) -> liftIO $ getUniqueStringAddr s
+                      _ -> error $ "LDCI... missing impl."
+        push value
+    emit (GETFIELD x) = do
+        pop eax -- this pointer
+        let (cname, fname) = buildFieldOffset cls x
+        offset <- liftIO $ getFieldOffset cname fname
+        push (Disp (fromIntegral $ offset), eax) -- get field
+    emit (PUTFIELD x) = do
+        pop ebx -- value to write
+        pop eax -- this pointer
+        let (cname, fname) = buildFieldOffset cls x
+        offset <- liftIO $ getFieldOffset cname fname
+        mov (Disp (fromIntegral $ offset), eax) ebx -- set field
+
     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 IXOR = do pop ebx; pop eax; xor eax ebx; push eax
     emit (IINC x imm) = do
         add (Disp (cArgs x), ebp) (s8_w32 imm)
 
+    emit (IF_ACMP cond x) = emit (IF_ICMP cond x)
     emit (IF_ICMP cond _) = do
         pop eax -- value2
         pop ebx -- value1
@@ -237,15 +281,43 @@ emitFromBB cls hmap =  do
         jmp $ getLabel sid lmap
 
     emit RETURN = do mov esp ebp; pop ebp; ret
+    emit ARETURN = emit IRETURN
     emit IRETURN = do
         pop eax
         mov esp ebp
         pop ebp
         ret
-    emit _ = do cmovbe eax eax -- dummy
+    emit invalid = error $ "insn not implemented yet: " ++ (show invalid)
+
+    callMalloc :: CodeGen e s ()
+    callMalloc = do
+        calladdr <- getCurrentOffset
+        let w32_calladdr = 5 + calladdr
+        let malloaddr = (fromIntegral getMallocAddr :: Word32)
+        call (malloaddr - w32_calladdr)
+        add esp (4 :: Word32)
+        push eax
+
+  -- for locals we use a different storage
+  cArgs :: Word8 -> Word32
+  cArgs x = if (x' >= thisMethodArgCnt)
+      -- TODO(bernhard): maybe s/(-4)/(-8)/
+      then fromIntegral $ (-4) * (x' - thisMethodArgCnt + 1)
+      else 4 + (thisMethodArgCnt * 4) - (4 * x')
+    where x' = fromIntegral x
+
+  cArgs_ :: IMM -> Word32
+  cArgs_ x = cArgs $ case x of I0 -> 0; I1 -> 1; I2 -> 2; I3 -> 3
+
+  thisMethodArgCnt :: Word32
+  thisMethodArgCnt = isNonStatic + (fromIntegral $ length args)
+    where
+    (Just m) = lookupMethod method cls
+    (MethodSignature args _) = methodSignature m
+    isNonStatic = if S.member ACC_STATIC (methodAccessFlags m)
+        then 0
+        else 1 -- one argument for the this pointer
 
-  cArgs x = (8 + 4 * (fromIntegral x))
-  cArgs_ x = (8 + 4 * case x of I0 -> 0; I1 -> 1; I2 -> 2; I3 -> 3)
 
   -- sign extension from w8 to w32 (over s8)
   --   unfortunately, hs-java is using Word8 everywhere (while