Серия «Программирование»

Разрабатывая стандартную библиотеку для своего языка, столкнулся с проблемой: как связывать код написанный на C с ассембли. Первый подход – компиляция C в ассембли и ручное копирование кода – оказался не самым удобным. Две проблемы этого способа это несовместимость синтаксиса GCC и Nasm и постоянное дублирование кода при малейших изменениях.

Решение

Теперь расскажу о способе, который является оптимальным – линковке объектных файлов.

Пример

Приведу пример из моего языка программирования – функция для печати целых чисел.

debug.c

Важно, что функция объявлена с модификатором extern, то есть доступна глобально.

Также, в него нужно включить заголовочный файл, в котором будут объявлены все сигнатуры функций.

debug.c

debug.h

Теперь, создаём объектный файл.

Флаги -no-pie и -fno-stack-protector нужны для совместимости с ассембли.

main.asm

Компилируем и компонуем с объектным файлом стандартной библиотеки

Получаем одиночный бинарный файл, в котором включены и стандартная библиотека и главный файл.

Если вам хочется узнать больше о языках программирования, переходите в мой телеграм канал.

P.S: Тело функции

Выход

2. Parsing

Здесь поток токенов объединяется в AST или абстрактное синтаксическое дерево. В этом дереве содержится вся информация об исходном коде в структурированном виде, удобным для обработки и анализа. Например, с его помощью можно проверять корректность типов переменных.

3. Промежуточное представление (IR)

AST преобразуется в низкоуровневые инструкции, которые не зависят от конкретной архитектуры. Это удобно, так как упрощает поддержку большого количества архитектур и процессоров.

В компиляторах Rust и Clang в качестве промежуточного представления используется LLVM IR, так как его экосистема берёт на себя многие оптимизации, и компилирование в ассемблерный код для разных платформ как X86, ARM и так далее.

Граф потока управления (CFG)

Сначала, для того, чтобы избавится от условных конструкций как if и match, мы разделяем входное дерево на отдельные блоки, которые не содержат в себе условий, и дальше связываем их, описывая переходы между ними.

Блоки, не содержащие условий

Блок Empty – это пустой блок, который не содержит в себе инструкций, и служит только для удобства построения CFG.

И условные переходы между блоками

Трёхадресный код (3AC)

Состоит из низкоуровневых инструкций максимально приближенных к нативному ассембли-коду.

Первый блок

Второй

Третий

И последний, пустой блок

Или в виде псевдо-кода

4. Ассембли

Далее, каждая 3AC инструкция конвертируется в одну или несколько ассемблерных инструкций, которые уже напрямую выполняются на процессоре без какой-либо прослойки.

Строки будут записаны вместе с файлом как его часть, то есть они не будут аллоцированны динамически во время выполнения.

Мы будем хранить переменную в секции .bss, так как в нашей программе одна зона видимости. В настоящих компиляторах переменные обычно хранятся на стеке, или вовсе в регистрах в зависимости от степени оптимизации.

Делаем _start глобально видимым для того, чтобы линкер смог собрать бинарный файл.

a = rcx = rax + rbx = 10 + 2 = 12.

rcx = rax > rbx = a > 8 = 1 то есть true.

Если rcx = 1, то есть true, то переходим в L1, иначе – в L2.

debug – это какая-то функция, которая печатает строки в консоль. В целях соблюдения компактности, я не стал её включать в код. Регистр rax – первый аргумент.

L2 – начало блока else.

Выходим из программы, производя системный вызов (syscall). В rax находится номер вызова – 60, то есть выход (SYS_exit). А в rdi лежит статус завершения программы, в данном случае 0, то есть успешное завершение.

Полезное

• Мой блог про программирование и не только

• Классика –Crafting Interpreters

• Исходники компилятора Rust

• BabyGo – маленький компилятор для Go

• Серия видео по разработке Porth с нуля

Заключение

Надеюсь вам понравилась эта статья! Она написана на основе моего хобби-компилятора, поэтому если у вас есть желание внести свою лепту в проект – отправляйте пул-реквест в репозиторий!

Эта статья – краткий обзор первой половины книги Чистый код.

Разберём ключевые принципы именования переменных, проектирования функций и других аспектов, чтобы писать код, который будет понятен вам и вашей команде спустя годы.

Для самых нетерпеливых

Основные тезисы для тех, кто не хочет читать эту прекрасную статью целиком.

• Думайте над именами

• Не делайте код слишком чистым

• Следуйте стандартам языка или вашей команды

• Программист не должен заниматься форматированием

"Чистый" vs "грязный" код

Чистый код легко читается, изменятся и поддерживается. Это тот код, с которым легко работать и вносить новый функционал.

Грязный код затормаживает разработку новых фич из-за того, что программистам тяжело с ним работать.

Принципы

Призваны помочь борьбе с грязным кодом, делая жизнь программистов легче.

Названия

Исчерпывающие названия

Для того чтобы выбрать название, задайте себе вопрос: “что делает эта функция?” или “что обозначает эта переменная?”. Если вы не можете ответить на вопрос – займитесь рефакторингом.

Самое сложная вещь в программировании – это нейминг.

Поэтому стоит подумать хотя бы минуту, прежде чем давать имя чему-либо.

Если вы понимаете, что делает функция, которую вы написали месяц назад – поздравляю, у вас получилось подобрать хорошее название.

Дополнение контекстом

Как правило, в современных языках программирования существуют модули, которые разделяют кодовую базу на части. Следовательно, каждое название находится только в своей зоне видимости и не требует дополнительного уточнения его принадлежности.

Кодировка признаков

Кодирование признаков в именах бесполезно – IDE и так даёт всю нужную информацию о переменной. Также, оно ухудшает удобочитаемость кода и затрудняет автодополнение при вводе.

Одна концепция – одно имя

Каждая концепция должна обозначаться одним и тем же словом – иначе придётся разбираться чем одно отличается от другого.

Функции

Функции – как хорошие шутки: короткие и по делу.

– DeepSeek

Функции выступают основными строительными блоками программы. Поэтому, важно писать их так, чтобы было понятно, что происходит в коде.

Одно действие

Функция должна выполнять только одну операцию. Она должна выполнять её хорошо, и ничего другого она делать не должна.

– Роберт Мартин

Если название функции намекает на то, что она выполняет несколько действий, разбейте её тело на две новые функции. Таким образом, теперь она выполняет только одну задачу – объединение двух новых функций.

Компактность

Первое правило: функции должны быть компактными. Второе правило: функции должны быть еще компактнее.

– Роберт Мартин

Чем компактнее функция, тем лучше. Но как и с любой вещью важно не переусердствовать – если функция легко читается, то зачем её разделять?

Аргументы

Чем меньше аргументов, тем лучше. Три или четыре – уже много. Для уменьшения их количества можно объединять в структуры, разделяя по группам.

Форматирование

Программист не должен заниматься форматированием.

В каждом языке программирования есть программы для форматирования кода. Их преимущество в том, что они работают быстро и соблюдают все стандарты языка.

Также, их можно настраивать, чтобы соблюдать особые правила выработанные в команде.

Стандарты

Важный аспект чистого кода это соблюдение стандартов. Они есть почти во всех языках программирования.

• Python – PEP 8

• Rust – The Rust Style Guide

• C++ – Google C++ Style Guide

Просто следуйте им. Это снизит когнитивную нагрузку на мозг в спорных ситуациях, так как можно сделать так, как прописано в стандарте.

Две шапки

Одна для написания кода, а другая для рефакторинга.

Первая

Фокусируйтесь только на написании функционала. Не заморачивайтесь о длине функций, названиях переменных и т.д. Главная задача этой шапки – получить работающий код.

Вторая

Приводите написанный код в читаемое состояние. Если вдруг стало нужно написать какой-то функционал – меняйте шапку.

Комментарии

Хороший комментарий должен описывать подробности, которые не могут быть выражены кодом. Например, примеры каких-то значений.

Не комментируйте то, что и так очевидно. Это не принесёт пользу, а наоборот навредит читаемости.

Удаляйте комментарии, которые перестали быть актуальными после изменений кода, так как они описывают уже не тот функционал, который был раньше.

Чрезмерный перфекционизм – плохо

Занимаясь бесконечным рефакторингом, вы перестаёте писать функционал. Доводите код до состояния достаточно чисто, а не до идеала – иначе вы никогда ничего не напишете.

Пожалуй это главное, чего стоит придерживаться, когда пытаешься писать чистый код.

Конец

Надеюсь, статья была полезной. Другие статьи можно найти в моём блоге.

Расскажу о том, почему я использую Neovim как основной текстовый редактор, а также о том, как я им пользуюсь.

Почему Neovim?

По сравнению с VS Code и другими IDE, Neovim очень минималистичный и простой. Единственное, что нужно знать – это то, какие клавиши за что отвечают.

После того как вы привыкаете к способу управления, появляется второе преимущество – удобство. После этого вам будет не хватать vim-раскладки в обычных редакторах.

Вопрос не в скорости

Хоть vim-раскладка увеличивает скорость печати, это не главное, так как при 10 часах дебага она вам не поможет. Дело тут именно в удобстве.

Читщит для ленивых

Команда Действие

• Esc – перейти в NORMAL режим

• hjkl – перемещение

• Ctrl-d/u – пол страницы вверх/вниз

• gg/G – вверх/низ файла

• yy/p – скопировать/вставить строчку

• o/O – вставить пустую строчку снизу/сверху

• I/A – переход в начало/конец строки

• :w(q) – сохранить (и выйти)

• :q! – выйти без сохранения

Настройка

По настройке Neovim очень много статей, инструкций и т.д. Я опишу только свою конфигурацию.

Как я уже сказал, я люблю минимализм.

Из плагинов использую Telescope для навигации по проекту, Treesitter для подсветки синтаксиса и LSP для автодополнения и аннотаций. В качестве темы использую Gruvbox.

GitHub с конфигурацией если вам интересно.

Команды

Единственная сложность при знакомстве с Neovim – vim-раскладка.

В Neovim есть 5 режимов. Каждый из них нужен для выполнения какой-то отдельной задачи.

NORMAL

Основной режим. Для перехода в него нажмите либо Esc, либо Ctrl-c.

Перемещение

• h – влево

• j – вниз

• k – вверх

• l – вправо

• Ctrl-d – пол страницы вниз

• Ctrl-u – пол страницы вверх

• I – в начало строки

• A – в конце строки

• gg – в начало файла

• G – в низ файла

Окна

Экран можно разделить на несколько частей. Для того чтобы разделить экран вертикально, напишите :vs, а для горизонтального разделения – :sp.

Для перемещения между окнами у меня настроены эти клавиши.

• wh – перейти в окно слева

• wj – перейти в окно снизу

• wk – перейти в окно сверху

• wl – перейти в окно справа

Вставка & удаление

• o – вставить пустую линию под текущей

• O – вставить пустую линию над текущей

• dd – удалить линию

Копирование

• yy – скопировать линию в буфер обмена

• p – вставить скопированное

При удалении чего-либо, удаленный текст копируется в буфер обмена.

VISUAL

Позволяет выделять текст и манипулировать им.

Для того чтобы выделить текст, нажмите v в режиме NORMAL. Также, можно выделить всю линию, для этого нажмите V.

После выделения можно приступить к его редактированию.

• d – удалить

• u – перевести в нижний регистр

• U – перевести в верхний регистр

• y – скопировать в буфер обмена

• p – вставить текст из буфера вместо выделенного текста.

INSERT

Обычный режим для набора текста. Тоже что и в других редакторах.

Чтобы вернутся в NORMAL, нужно нажать Esc.

COMMAND

Перейти в него можно нажав : в NORMAL режиме. После каждой команды для выполнения нужно нажимать Enter.

• :w – сохранить файл

• :wq – сохранить и выйти

• :q! – выйти без сохранения

Замена текста

Находясь в VISUAL режиме, напечатайте :s/, впишите текст или регулярное выражение которое хотите заменить, потом / и текст на который хотите изменить.

SEARCH

Нажмите / и впишите то, что хотите найти. После этого нажмите Enter и перемещайтесь по найденным результатам с помощью n.

Telescope

Помогает искать файлы по названию. Я долгое время использовал Nvimtree, но после того как установил Telescope нужда в нём пропала.

Live Grep

Live Grep – плагин, дополняющий Telescope, который помогает искать код по всей кодовой базе с молниеносной скоростью.

Ещё плюшки

Встроенный терминал

Для вызова напишите :te. В этом же окне откроется терминал, с возможностью использования vim-раскладки.

Открытие больших файлов

При открытии больших файлов редактор можно запускать в чистом виде без плагинов, затормаживающих открытие и редактирование.

GUI версия

Иногда использую GUI версию Neovim под названием Neovide. Люблю его из-за очень красивой анимации перемещения курсора и того что он написан на Rust.

Как выйти?

Если вам нужно выйти из редактора, просто наберите :q!.

:wq

Надеюсь статья была полезной. Больше статей в моём блоге.

В Rust необычная схема управления памятью. Он не использует сборщик мусора, как в Java и Go, что делает его быстрым. Скорость Rust сопоставима со скоростью C.

Однако и у этой схемы есть минусы. Для того чтобы их решить, были введены умные указатели, которые дают возможность оперировать памятью на низком уровне с тем же удобством.

В статье специально использованы простейшие примеры, чтобы понять их было легче.

Типы

Box

Нужен для хранения объектов в куче, а не на стеке.

Обычно используется для рекурсивных типов, где размер объекта неизвестен во время компиляции.

Пример кода, который не будет работать.

Чинится обертыванием left и right в Box.

Rc

Позволяет нескольким переменным владеть одним объектом размещенным в куче.

Не работающий код.

Чтобы он заработал, добавим Rc.

Код также будет работать если мы скопируем объект.

Но прямое копирование может серьезно повредить производительности. Преимущество Rc в том, что при присваивании не создаётся новый объект, а даётся ссылка на уже существующий.

Arc

То же что и Rc, но безопасное для использования в многопоточных приложениях. Это значит, что его можно использовать из разных потоков, не боясь гонок данных.

Дороже с точки зрения производительности из-за способа подсчёта ссылок.

RefCell

Позволяет изменять данные внутри себя даже если объявлен как неизменяемый.

Комбо

RefCell часто комбинируют с Rc в виде Rc<RefCell<T>>. Это позволяет каждому владельцу ссылки изменять общий объект.

Заключение

Главное преимущество умных указателей – избегание ошибок типа segfault и выстрелов в ногу, характерных для C и C++, сохраняя при этом удобство использования.

Если статья была полезной, вас могут заинтересовать и другие статьи в моём телеграм-канале.