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GCCを調べる - その8-2 - レジスタとレジスタクラス

目次: GCC

レジスタ追加の変更の要はREG_CLASS_CONTENTSです。このマクロは32ビット整数の配列で、各レジスタ番号がどのレジスタの仲間（enum reg_class）に属するかを指定するテーブルです。こんな風に変更します。

 #define REG_CLASS_CONTENTS						\
 {									\
-  { 0x00000000, 0x00000000, 0x00000000 },	/* NO_REGS */		\
-  { 0xf003fcc0, 0x00000000, 0x00000000 },	/* SIBCALL_REGS */	\
-  { 0xffffffc0, 0x00000000, 0x00000000 },	/* JALR_REGS */		\
-  { 0xffffffff, 0x00000000, 0x00000000 },	/* GR_REGS */		\
-  { 0x00000000, 0xffffffff, 0x00000000 },	/* FP_REGS */		\
-  { 0x00000000, 0x00000000, 0x00000003 },	/* FRAME_REGS */	\
-  { 0xffffffff, 0xffffffff, 0x00000003 }	/* ALL_REGS */		\
+  { 0x00000000, 0x00000000, 0x00000000, 0x00000000 },	/* NO_REGS */		\
+  { 0xf003fcc0, 0x00000000, 0x00000000, 0x00000000 },	/* SIBCALL_REGS */	\
+  { 0xffffffc0, 0x00000000, 0x00000000, 0x00000000 },	/* JALR_REGS */		\
+  { 0xffffffff, 0x00000000, 0x00000000, 0x00000000 },	/* GR_REGS */		\
+  { 0x00000000, 0xffffffff, 0x00000000, 0x00000000 },	/* FP_REGS */		\
+  { 0x00000000, 0x00000000, 0xffffffff, 0x00000000 },	/* VP_REGS */		\
+  { 0x00000000, 0x00000000, 0x00000000, 0x00000003 },	/* FRAME_REGS */	\
+  { 0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff, 0x00000003 }	/* ALL_REGS */		\
 }
                              ↑ここの3列目を足した

行方向は、ビットフィールドになっており非常にわかりにくいです。0要素目の0ビット目、0要素目の1ビット目、…という順に見ます。整数内では右から左（右が上位ビット）、要素間では左から右（左が0要素目）に見ます。

列方向はenum reg_classの整数値と一致しますのでさほど難しくはないでしょう。

行と列の意味

  →→ 行方向、レジスタ番号（0〜FIRST_PSEUDO_REGISTER - 1まで）
↓
↓
列方向、enum reg_classを整数に直したもの


行方向の見方

例えば3行目（GR_REGS）がこうなっていたとすると、
{ 0x0000000f, 0x0000000c, },

- 0要素目（レジスタ番号0〜31のクラス）: 0x0000000f
  - 0, 1, 2, 3ビット目が1 = レジスタ番号0〜3はGR_REGS
  - 他のレジスタについては言及しない
- 1要素目（レジスタ番号32〜63のクラス）: 0x0000000c
  - 2, 3ビット目が1 = レジスタ番号34〜35はGR_REGS
  - 他のレジスタについては言及しない

ALL_REGSは全レジスタに1をセットしますので、ビットフィールドのルールがわかりやすいと思います。今回はレジスタが98本なので、3要素（32 * 3 = 96）+ 最後の要素は2ビット分だけ1にセットしています。

今回はVR_REGSという新たなレジスタクラスを足したいので、行が一つ増えます。レジスタの総数も増えるので、列方向も増えます。ちょうど良いことに新規に追加するレジスタは32本なので、整数1要素分を増やすだけです。

コード上での扱い

このマクロは直接使用されるわけではなく、別の配列にコピーされます。

// gcc/reginfo.c

static const unsigned int_reg_class_contents[N_REG_CLASSES][N_REG_INTS]
  = REG_CLASS_CONTENTS;

...

/* Function called only once per target_globals to initialize the
   target_hard_regs structure.  Once this is done, various switches
   may override.  */
void
init_reg_sets (void)
{
  int i, j;

  /* First copy the register information from the initial int form into
     the regsets.  */

  for (i = 0; i < N_REG_CLASSES; i++)
    {
      CLEAR_HARD_REG_SET (reg_class_contents[i]);

      /* Note that we hard-code 32 here, not HOST_BITS_PER_INT.  */
      for (j = 0; j < FIRST_PSEUDO_REGISTER; j++)
	if (int_reg_class_contents[i][j / 32]    //★★ここで参照している
	    & ((unsigned) 1 << (j % 32)))
	  SET_HARD_REG_BIT (reg_class_contents[i], j);
    }


// gcc/reginfo.c

struct target_hard_regs default_target_hard_regs;


// gcc/hard-reg-set.h

#if SWITCHABLE_TARGET  //★★x86, ARM, MIPSなどはSWITCHABLE_TARGET = 1, RISC-Vは0のようだ
extern struct target_hard_regs *this_target_hard_regs;
#else
#define this_target_hard_regs (&default_target_hard_regs)
#endif

#define reg_class_contents \r  (this_target_hard_regs->x_reg_class_contents)

難しそうに見えてやっていることはint_reg_class_contentsからdefault_target_hard_regs->x_reg_class_contentsへビットを移し替えているだけです。違いはint_reg_class_contentsが必ず32ビット幅であるのに対し、x_reg_class_contentsはアーキテクチャ最速の整数幅（x86_64なら64bitになるでしょう）である点です。

個人的には可読性を殺してまでやる意味あるの……？と疑問ですが、きっとGCC内で頻繁に呼ばれ速度的に重要なポイントだったのでしょう。