nudt-compiler-cpp/include/mir/MIR.h

#pragma once

#include <initializer_list>
#include <iosfwd>
#include <memory>
#include <string>
#include <vector>

namespace ir {
class Module;
}

namespace mir {

class MIRContext {
 public:
  MIRContext() = default;
};

MIRContext& DefaultContext();

// RISC-V 64位寄存器定义
enum class PhysReg {
  // 通用寄存器
  ZERO,  // x0, 恒为0
  RA,    // x1, 返回地址
  SP,    // x2, 栈指针
  GP,    // x3, 全局指针
  TP,    // x4, 线程指针
  T0,    // x5, 临时寄存器
  T1,    // x6, 临时寄存器
  T2,    // x7, 临时寄存器
  S0,    // x8, 帧指针/保存寄存器
  S1,    // x9, 保存寄存器
  A0,    // x10, 参数/返回值
  A1,    // x11, 参数
  A2,    // x12, 参数
  A3,    // x13, 参数
  A4,    // x14, 参数
  A5,    // x15, 参数
  A6,    // x16, 参数
  A7,    // x17, 参数
  S2,    // x18, 保存寄存器
  S3,    // x19, 保存寄存器
  S4,    // x20, 保存寄存器
  S5,    // x21, 保存寄存器
  S6,    // x22, 保存寄存器
  S7,    // x23, 保存寄存器
  S8,    // x24, 保存寄存器
  S9,    // x25, 保存寄存器
  S10,   // x26, 保存寄存器
  S11,   // x27, 保存寄存器
  T3,    // x28, 临时寄存器
  T4,    // x29, 临时寄存器
  T5,    // x30, 临时寄存器
  T6,    // x31, 临时寄存器
  FT0, FT1, FT2, FT3, FT4, FT5, FT6, FT7,
  FS0, FS1,
  FA0, FA1, FA2, FA3, FA4, FA5, FA6, FA7,
  FT8, FT9, FT10, FT11,
};

const char* PhysRegName(PhysReg reg);

// 在 MIR.h 中添加（在 Opcode 枚举之前）


struct GlobalVarInfo {
  std::string name;
  int value;
  float valueF;
  bool isConst;
  bool isArray;
  bool isFloat;
  std::vector<int> arrayValues;
  std::vector<float> arrayValuesF;
  int arraySize;
};

enum class Opcode {
  Prologue,
  Epilogue,
  MovImm,
  Load,
  Store,
  Add,
  Addi,
  Sub,
  Mul,
  Div,
  Rem,
  Slt,
  Slti,
  Slli,
  Sltu,     // 无符号小于
  Sltiu,
  Xori,
  LoadGlobalAddr,
  LoadGlobal,
  StoreGlobal,
  LoadIndirect,   // lw rd, 0(rs1)  从寄存器地址加载
  StoreIndirect,  // sw rs2, 0(rs1)
  Call,
  GEP,
  LoadAddr,  
  Ret,
  // 浮点指令
  FMov,       // 浮点移动
  FMovWX,    // fmv.w.x fs, x 整数寄存器移动到浮点寄存器
  FMovXW,    // fmv.x.w x, fs 浮点寄存器移动到整数寄存器
  FAdd,
  FSub,
  FMul,
  FDiv,
  FEq,        // 浮点相等比较
  FLt,        // 浮点小于比较
  FLe,        // 浮点小于等于比较
  FNeg,       // 浮点取反
  FAbs,       // 浮点绝对值
              // int 转 float
              // float 转 int
  LoadFloat,  // 浮点加载 (flw)
  StoreFloat, // 浮点存储 (fsw)
  Br,
  CondBr,
  Label,
  And,      // 按位与
  Andi,     // 按位与立即数
  Or,       // 按位或
  Ori,      // 按位或立即数
  Xor,      // 按位异或
  Srli,     // 逻辑右移立即数
  Srai,     // 算术右移立即数
  Srl,      // 逻辑右移
  Sra,      // 算术右移
};

enum class GlobalKind {
  Data,    // .data 段（已初始化）
  BSS,     // .bss 段（未初始化，初始为0）
  RoData   // .rodata 段（只读常量）
};

// 全局变量信息
struct GlobalInfo {
  std::string name;
  GlobalKind kind;
  int size;           // 大小（字节）
  int value;          // 初始值（对于简单变量）
  bool isArray;
  int arraySize;
  
  std::vector<int> dimensions;  // 数组维度
};

class Operand {
 public:
  enum class Kind { Reg, Imm, FrameIndex, Global, Func };
  
  static Operand Reg(PhysReg reg);
  static Operand Imm(int value);
  static Operand Imm64(int64_t value);  // 新增：存储 64 位值
  static Operand FrameIndex(int index);
  static Operand Global(const std::string& name);
  static Operand Func(const std::string& name);

  Kind GetKind() const { return kind_; }
  PhysReg GetReg() const { return reg_; }
  int GetImm() const { return imm_; }
  int64_t GetImm64() const { return imm64_; }  // 新增
  int GetFrameIndex() const { return imm_; }
  const std::string& GetGlobalName() const { return global_name_; }
  const std::string& GetFuncName() const { return func_name_; }

 private:
  Operand(Kind kind, PhysReg reg, int imm);
  Operand(Kind kind, PhysReg reg, int64_t imm64);  // 新增构造函数
  Operand(Kind kind, PhysReg reg, int imm, const std::string& name);

  Kind kind_;
  PhysReg reg_;
  int imm_;
  int64_t imm64_;  // 新增
  std::string global_name_;
  std::string func_name_;
};

class MachineInstr {
 public:
  MachineInstr(Opcode opcode, std::vector<Operand> operands = {});

  Opcode GetOpcode() const { return opcode_; }
  const std::vector<Operand>& GetOperands() const { return operands_; }

 private:
  Opcode opcode_;
  std::vector<Operand> operands_;
};

struct FrameSlot {
  int index = 0;
  int size = 4;
  int offset = 0;
};
class MachineBasicBlock {
 public:
  explicit MachineBasicBlock(std::string name);

  const std::string& GetName() const { return name_; }
  std::vector<MachineInstr>& GetInstructions() { return instructions_; }
  const std::vector<MachineInstr>& GetInstructions() const { return instructions_; }

  MachineInstr& Append(Opcode opcode,
                       std::initializer_list<Operand> operands = {});

 private:
  std::string name_;
  std::vector<MachineInstr> instructions_;
};

class MachineFunction {
 public:
  explicit MachineFunction(std::string name);

  const std::string& GetName() const { return name_; }
  
  // 基本块管理
  MachineBasicBlock* CreateBlock(const std::string& name);
  MachineBasicBlock* GetEntry() { return entry_; }
  const MachineBasicBlock* GetEntry() const { return entry_; }
  const std::vector<std::unique_ptr<MachineBasicBlock>>& GetBlocks() const { return blocks_; }
  
  // 栈帧管理
  int CreateFrameIndex(int size = 4);
  FrameSlot& GetFrameSlot(int index);
  const FrameSlot& GetFrameSlot(int index) const;
  const std::vector<FrameSlot>& GetFrameSlots() const { return frame_slots_; }

  int GetFrameSize() const { return frame_size_; }
  void SetFrameSize(int size) { frame_size_ = size; }

 private:
  std::string name_;
  MachineBasicBlock* entry_ = nullptr;
  std::vector<std::unique_ptr<MachineBasicBlock>> blocks_;
  std::vector<FrameSlot> frame_slots_;
  int frame_size_ = 0;
};
//std::unique_ptr<MachineFunction> LowerToMIR(const ir::Module& module);
void RunRegAlloc(MachineFunction& function);
void RunFrameLowering(MachineFunction& function);
//void PrintAsm(const MachineFunction& function, std::ostream& os);
std::vector<std::unique_ptr<MachineFunction>> LowerToMIR(const ir::Module& module);
void PrintAsm(const std::vector<std::unique_ptr<MachineFunction>>& functions, std::ostream& os);
}  // namespace mir