[From Nand to Tetris] 第8章虛擬機(jī)項(xiàng)目 python 實(shí)現(xiàn)

alphahans 發(fā)布于2019-07-31 11:39 / 1804人閱讀

摘要：第章虛擬機(jī)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)為防閑逛至此的看官不知所云是一個(gè)在線課程，目標(biāo)是指導(dǎo)學(xué)生從邏輯門開始從頭到尾完成一整套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。好像擼串一樣的爽快芯片硬件編譯原理操作系統(tǒng)應(yīng)用程序這里提供的是第八章的作業(yè)，以供半路摔進(jìn)坑里的同學(xué)們扶一下。。。

[From Nand to Tetris] 第8章虛擬機(jī)項(xiàng)目 python 實(shí)現(xiàn)

為防閑逛至此的看官不知所云： From Nand to Tetris 是一個(gè)在線課程，目標(biāo)是指導(dǎo)學(xué)生從 Nand 邏輯門開始從頭到尾完成一整套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

好像擼串一樣的爽快：------芯片--硬件---編譯原理---操作系統(tǒng)---應(yīng)用程序------>

這里提供的是第八章的作業(yè)，以供半路摔進(jìn)坑里的同學(xué)們扶一下。。。

人家老師確實(shí)是不希望擴(kuò)散答案，不過(guò)我做的過(guò)程中遇到很多坑，搞半天后發(fā)現(xiàn)全是些腦殘?jiān)颍瑢?shí)在是浪費(fèi)時(shí)間，希望卡殼的同學(xué)們能以增進(jìn)效率為目的適當(dāng)參考答案。畢竟學(xué)習(xí)這種東西，有沒有學(xué)到手只有自己知道。。。

注釋不多，因?yàn)榇a相當(dāng) self-explanatory ，就是書上那些，沒自由發(fā)揮什么。

如果你是閑逛進(jìn)來(lái)，而且對(duì)這塊內(nèi)容有興趣的話，強(qiáng)烈建議點(diǎn)開上面的課程鏈接試試，我是真心非常喜歡這門課，請(qǐng)收下我的安利。。。

另外還有第六章的作業(yè)答案：第6章匯編器項(xiàng)目 python 實(shí)現(xiàn)

# _*_ coding: utf-8 _*_

import sys
import os
import glob


class C_TYPE:
    """Command Type"""
    C_ARITHMETIC, C_PUSH, C_POP, C_LABEL, C_GOTO, C_IF, C_FUNCTION, C_RETURN, C_CALL = range(9)


class Parser:

    def __init__(self, fname):
        self.finput = open(fname, "rU")
        self.current = None
        self.commandPart = []
        self.cType = -1

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        self.finput.close()

    def has_more_commands(self):

        self.current = self.finput.readline()

        while self.current == "
" or self.current[:2] == "http://":
            self.current = self.finput.readline()

        return self.current != ""

    def advance(self):
        self.commandPart = self.current.strip().split(" ")[:3]

        if self.commandPart[0] == "add" or
                self.commandPart[0] == "sub" or
                self.commandPart[0] == "neg" or
                self.commandPart[0] == "eq" or
                self.commandPart[0] == "gt" or
                self.commandPart[0] == "lt" or
                self.commandPart[0] == "and" or
                self.commandPart[0] == "or" or
                self.commandPart[0] == "not":
            self.cType = C_TYPE.C_ARITHMETIC
        elif self.commandPart[0] == "push":
            self.cType = C_TYPE.C_PUSH
        elif self.commandPart[0] == "pop":
            self.cType = C_TYPE.C_POP
        elif self.commandPart[0] == "label":
            self.cType = C_TYPE.C_LABEL
        elif self.commandPart[0] == "goto":
            self.cType = C_TYPE.C_GOTO
        elif self.commandPart[0] == "if-goto":
            self.cType = C_TYPE.C_IF
        elif self.commandPart[0] == "function":
            self.cType = C_TYPE.C_FUNCTION
        elif self.commandPart[0] == "call":
            self.cType = C_TYPE.C_CALL
        elif self.commandPart[0] == "return":
            self.cType = C_TYPE.C_RETURN

    def command_type(self):
        return self.cType

    def arg1(self):
        if self.command_type() == C_TYPE.C_ARITHMETIC:
            return self.commandPart[0]
        return self.commandPart[1]

    def arg2(self):
        return self.commandPart[2]


class CodeWriter:

    def __init__(self, fname):
        self.foutput = open(fname, "w")
        self.uniqueFlag = 0  # 用于構(gòu)造唯一的標(biāo)簽，每次使用后加1
        self.currentFile = "" # 當(dāng)前處理的文件的名字
        self.currentFunc = "" # 當(dāng)前處理的函數(shù)的名字

    def set_file_name(self, fname):
        self.currentFile = fname

    def write_arithmetic(self, command):
        if command == "add":
            self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@SP
M=M-1
A=M
M=M+D
@SP
M=M+1
")
        elif command == "sub":
            self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@SP
M=M-1
A=M
M=M-D
@SP
M=M+1
")
        elif command == "neg":
            self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
M=-M
@SP
M=M+1
")
        elif command == "eq":
            self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@SP
M=M-1
A=M
D=M-D
@RET_TRUE"+str(self.uniqueFlag)+"
"
                               "D;JEQ
D=0
@END"+str(self.uniqueFlag)+"
0;JMP
(RET_TRUE"+str(self.uniqueFlag)+")
"
                               "D=-1
(END"+str(self.uniqueFlag)+")
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            self.uniqueFlag += 1
        elif command == "gt":
            self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@SP
M=M-1
A=M
D=M-D
@RET_TRUE"+str(self.uniqueFlag)+"
"
                               "D;JGT
D=0
@END"+str(self.uniqueFlag)+"
0;JMP
(RET_TRUE"+str(self.uniqueFlag)+")
"
                               "D=-1
(END"+str(self.uniqueFlag)+")
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            self.uniqueFlag += 1
        elif command == "lt":
            self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@SP
M=M-1
A=M
D=M-D
@RET_TRUE"+str(self.uniqueFlag)+"
"
                               "D;JLT
D=0
@END"+str(self.uniqueFlag)+"
0;JMP
(RET_TRUE"+str(self.uniqueFlag)+")
"
                               "D=-1
(END"+str(self.uniqueFlag)+")
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            self.uniqueFlag += 1
        elif command == "and":
            self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@SP
M=M-1
A=M
M=M&D
@SP
M=M+1
")
        elif command == "or":
            self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@SP
M=M-1
A=M
M=M|D
@SP
M=M+1
")
        elif command == "not":
            self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
M=!M
@SP
M=M+1
")

    def write_push_pop(self, command, segment, index):
        if command == C_TYPE.C_PUSH:
            if segment == "constant":
                self.foutput.write("@"+index+"
D=A
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            elif segment == "local":
                self.foutput.write("@LCL
D=M
@"+index+"
A=A+D
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            elif segment == "argument":
                self.foutput.write("@ARG
D=M
@"+index+"
A=A+D
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            elif segment == "this":
                self.foutput.write("@THIS
D=M
@"+index+"
A=A+D
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            elif segment == "that":
                self.foutput.write("@THAT
D=M
@"+index+"
A=A+D
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            elif segment == "pointer":
                self.foutput.write("@"+str(int(index)+3)+"
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            elif segment == "temp":
                self.foutput.write("@"+str(int(index)+5)+"
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
            elif segment == "static":
                self.foutput.write("@"+self.currentFile+"."+index+"
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
")
        elif command == C_TYPE.C_POP:
            if segment == "local":
                self.foutput.write("@LCL
D=M
@"+index+"
D=A+D
@R13
M=D
@SP
M=M-1
A=M
D=M
@R13
A=M
M=D
")
            elif segment == "argument":
                self.foutput.write("@ARG
D=M
@"+index+"
D=A+D
@R13
M=D
@SP
M=M-1
A=M
D=M
@R13
A=M
M=D
")
            elif segment == "this":
                self.foutput.write("@THIS
D=M
@"+index+"
D=A+D
@R13
M=D
@SP
M=M-1
A=M
D=M
@R13
A=M
M=D
")
            elif segment == "that":
                self.foutput.write("@THAT
D=M
@"+index+"
D=A+D
@R13
M=D
@SP
M=M-1
A=M
D=M
@R13
A=M
M=D
")
            elif segment == "pointer":
                self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@"+str(int(index)+3)+"
M=D
")
            elif segment == "temp":
                self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@"+str(int(index)+5)+"
M=D
")
            elif segment == "static":
                self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@"+self.currentFile+"."+index+"
M=D
")

    def write_label(self, label):
        self.foutput.write("("+self.currentFunc+"$"+label+")
") # 構(gòu)造 (funcName$label) 格式的標(biāo)記，網(wǎng)站上沒提，但書里有

    def write_init(self):
        self.foutput.write("@256
D=A
@SP
M=D
")
        self.write_call("Sys.init", 0)

    def write_goto(self, label):
        self.foutput.write("@"+self.currentFunc+"$"+label+"
0;JMP
")

    def write_if(self, label):
        self.foutput.write("@SP
M=M-1
A=M
D=M
@"+self.currentFunc+"$"+label+"
D;JNE
")

    def write_call(self, function_name, num_args):
        self.foutput.write("@RETURN_ADDRESS"+str(self.uniqueFlag)+"
D=A
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
"
                           "@LCL
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
"
                           "@ARG
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
"
                           "@THIS
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
"
                           "@THAT
D=M
@SP
A=M
M=D
@SP
M=M+1
"
                           "@SP
D=M
@"+str(int(num_args)+5)+"
D=D-A
@ARG
M=D
"
                           "@SP
D=M
@LCL
M=D
"
                           "@"+function_name+"
0;JMP
"
                           "(RETURN_ADDRESS"+str(self.uniqueFlag)+")
")
        self.uniqueFlag += 1

    def write_return(self):
        self.foutput.write("@LCL
D=M
@R13
M=D
"
                           "@5
A=D-A
D=M
@R14
M=D
"
                           "@SP
M=M-1
A=M
D=M
@ARG
A=M
M=D
"
                           "@ARG
D=M+1
@SP
M=D
"
                           "@R13
A=M-1
D=M
@THAT
M=D
"
                           "@R13
A=M-1
A=A-1
D=M
@THIS
M=D
"  # 蠢萌蠢萌的減n次1，比下一句還省一條指令。。。
                           "@R13
D=M
@3
A=D-A
D=M
@ARG
M=D
"
                           "@R13
D=M
@4
A=D-A
D=M
@LCL
M=D
"
                           "@R14
A=M
0;JMP
")

    def write_function(self, function_name, num_locals):
        self.currentFunc = function_name
        commandsInitLocals = ""
        for i in range(int(num_locals)):
            commandsInitLocals += "@LCL
D=M
@"+str(i)+"
A=A+D
M=0
"
        self.foutput.write("("+function_name+")
"+commandsInitLocals)

    def close(self):
        self.foutput.close()


def process_vm_file(fpath):
    """
    處理一個(gè) .vm 文件

    fpath: 待處理 .vm 文件的絕對(duì)路徑
    """
    parser = Parser(fpath)
    writer.set_file_name(os.path.basename(fpath.strip(".vm")))
    while parser.has_more_commands():
        parser.advance()
        if parser.command_type() == C_TYPE.C_PUSH or parser.command_type() == C_TYPE.C_POP:
            writer.write_push_pop(parser.command_type(), parser.arg1(), parser.arg2())
        elif parser.command_type() == C_TYPE.C_ARITHMETIC:
            writer.write_arithmetic(parser.arg1())
        elif parser.command_type() == C_TYPE.C_LABEL:
            writer.write_label(parser.arg1())
        elif parser.command_type() == C_TYPE.C_GOTO:
            writer.write_goto(parser.arg1())
        elif parser.command_type() == C_TYPE.C_IF:
            writer.write_if(parser.arg1())
        elif parser.command_type() == C_TYPE.C_CALL:
            writer.write_call(parser.arg1(), parser.arg2())
        elif parser.command_type() == C_TYPE.C_FUNCTION:
            writer.write_function(parser.arg1(), parser.arg2())
        elif parser.command_type() == C_TYPE.C_RETURN:
            writer.write_return()

# main program
if os.path.isfile(sys.argv[1]) and sys.argv[1].endswith(".vm"):  # 參數(shù)為 .vm 文件，只翻譯一個(gè)文件
    writer = CodeWriter(os.path.splitext(sys.argv[1])[0]+".asm")
    writer.write_init()
    process_vm_file(sys.argv[1])
elif os.path.isdir(sys.argv[1]): # 參數(shù)為文件夾，將文件夾中所有文件翻譯為 hack 匯編
    writer = CodeWriter(sys.argv[1]+"/"+os.path.basename(sys.argv[1])+".asm")
    writer.write_init()
    for f in glob.glob(sys.argv[1] + "/*.vm"):
        process_vm_file(f)

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