自作言語OpeLaでSDLを使い絵を描く方法を説明します。SDLはC言語で作られており、OpeLaから簡単に使えます。後半は可変長引数の対応方針を紹介します。

1. 自作言語でお絵描き
2021年1月3日
第24回自作OSもくもく会
@uchan_nos

2. 自己紹介
名前：内田公太
Twitter：@uchan_nos
 東京工業大学 情報工学系 特任助教（週2）
 サイボウズ・ラボ株式会社（週3）
活動
 osdev-jpの運営
 OS、言語処理系の開発
『30日でできる! OS自作入門』
の校正を担当（2006年）
『自作エミュレータで学ぶ
x86アーキテクチャ』著（2015年）

3. OpeLaプロジェクトとは
OpeLa: Operating and Language processing system
OSと言語処理系を全部自作するプロジェクト
OS
アセンブラ
コンパイラ
リンカ
ライブラリ
特徴：完全なセルフホスト

4. OpeLaで書き初め

5. OpeLaで書き初めの仕組み
OpeLaでSDLを使う
SDLでウィンドウ、背景、線を表示
SDL: Simple DirectMedia Layer
マルチメディアを扱うライブラリ
シンプルなライブラリ故に対応機種
が幅広い
C言語用インタフェースなのでいろ
んな言語から簡単に使える！
ロゴが明滅する様子

6. SDLの関数を呼び出す
SDLの関数をextern宣言し、呼び出す
ヘッダファイルは読み込めないのでマクロは使えない
SDL_Window*の代わりにint*
func main() int {
if SDL_Init(0x20) < 0 { // SDL_INIT_VIDEO
printf("Failed to initialize SDL: %sn", SDL_GetError());
return 1;
}
printf("Creating a windown");
window := SDL_CreateWindow("SDL by OpeLa", 0x1fff0000, 0x1fff0000, 300, 200, 0);
extern "C" SDL_Init func(flag uint) int;
extern "C" SDL_GetError func() *byte;
extern "C" SDL_CreateWindow func(title *byte, x, y, w, h int, flags uint) *int;

7. イベントポーリング
SDL_Eventの代わりに[16]uint32
var event [16]uint32;
for {
for SDL_PollEvent(&event[0]) != 0 {
if event[0] == uint32(256) { // SDL_QUIT
SDL_DestroyWindow(window);
SDL_Quit();
return 0;
}
}

8. グラデーション背景
Colorを1ずつ変化させ、黒→青緑に徐々に変化させる
SDL_SetRenderDrawColorで描画色を設定し
SDL_RenderClearで背景を塗りつぶす
color += dir;
if color == 255 {
dir = -1;
} else if color == 0 {
dir = 1;
}
SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 0, color, color, 255);
SDL_RenderClear(renderer);

9. ロゴ
長方形と直線の描画を駆使してロゴを描く
SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 0, 0, 0, 255);
// O
DrawRect(renderer, 30, 60, logo_x + 40*0, logo_y);
// p
DrawRect(renderer, 30, 30, logo_x + 40*1, logo_y + 30);
SDL_RenderDrawLine(renderer, logo_x + 40*1, logo_y + 60,
logo_x + 40*1, logo_y + 90);
func DrawRect(ren *int, w, h, x, y int) {
var r [4]int32;
r[0] = x; r[1] = y;
r[2] = w; r[3] = h;
SDL_RenderDrawRect(ren, &r[0]);
}

10. SDLの関数を呼び出すときの注意
SDLに限らないが、関数を呼び出す際はスタックのアライメント
に注意が必要
 参考「x86-64 モードのプログラミングではスタックのアライメントに気を付けよう」
 https://uchan.hateblo.jp/entry/2018/02/16/232029
関数を呼び出す直前でRSPが16の倍数でなければならない
void Call(std::ostream& os, Register addr) override {
os << " push rbxn";
os << " mov rbx, rspn";
os << " and rsp, -16n";
os << " call " << RegName(addr) << "n";
os << " mov rsp, rbxn";
os << " pop rbxn";
}
RBXは関数呼び出し前後で保存されている必要があるから、スタックに保存してから使う
and rsp, -16
=
and rsp, 0xf…f0

11. SDLを使うサンプルのビルド
sdl.oplをコンパイルしてsdl.sを得て
libSDL2.soとリンクする
cat sdl.opl | ../../opelac > sdl.s
cc sdl.s -lSDL2

12. 可変長引数の対応

13. OpeLaで可変長引数
可変長引数：int printf(const char* format, ...);の...
C言語で可変個の引数を渡す仕組み
呼び出し側
x86-64（SystemV AMD64 ABI）
普通の引数と同様に、レジスタ渡し
RDI, RSI, RDX, RCX, R8, R9
AArch64（EABI）
可変長引数だけスタック渡し
format 1 2 3
format 1
2
3
RDI RSI RDX RCX
X0
SP

14. OpeLaの仕組みと可変長引数
OpeLaはスタックマシン
式はスタックに値を積む
「1 + 2」は右図
printf("%d:%d", 1, 2)
x86-64：いったんスタック
に引数を積み、最後にレジス
タへ転写すれば良い
普通の関数呼び出しと同じ！
1
SP 2
1
SP
3
SP
文字列へのアドレス
1
2
SP
for (int i = 0; i < num_args; ++i) {
asmgen->Pop64(os, kArgRegs[i]);
}

15. AArch64で可変長引数
printf("%d:%d", 1, 2)
AArch64では、途中までレジ
スタへ転写すればいいので
は？
→ダメだった
AArch64ではスタックに式の
値を8バイト飛ばしで積んで
いるから
文字列へのアドレス
1
2
SP
レジスタへ
スタックに残す
文字列へのアドレス
空き
1
SP
空き
2
空き
AArch64だと
実はこうなってる
AppleのABIではこうなっているが、Armの世界で一般
的なEABIでは可変長引数もレジスタ渡しらしい。
https://developer.apple.com/documentation/xcode/
writing_arm64_code_for_apple_platforms

16. なぜAArch64だと8バイト飛ばしなの？
16の倍数でないSPがベースアドレスとして使われると例外発生
str x0, [sp, #-16]!
Spから16を引き、そのアドレスにx0の値を書く
だから、opelacは8バイト飛ばしでスタックに値を積む
→そのままでは可変長引数として使えない！

17. 私の今日の目標
AArch64で可変長引数をサポートする
引数省略記号「...」にパーサを対応させ、
可変長引数の部分はスタックに残し、
スタックの8バイトの隙間を詰め、
最後に関数を呼び出す
とうまく行くかなあ…？
可変長引数1
空き
可変長引数2
SP
空き
可変長引数3
空き
コピー
コピー
可変長引数4
コピー

18. OpeLaに興味ある人を募集してます
開発の様子は
Twitterの@uchan_nos
osdev-jp Slackの#opelaチャンネル
に書いてます
今は言語設計とコンパイラ実装を並走中
「配列リテラルを実装するかどうか」
「sizeof(uint2)は何を返すべきか」
などなど…
設計すべき部分がたくさんある
一緒にお話ししながらアイデアを練っていきたいです
Wanted
・言語設計の話し相手
・OpeLaロゴ制作
・アプリ製作
・実装のお手伝い