演算ライブラリについて
sdccには基本的な標準ライブラリが入っています。 その中には
stdio.h stddef.h stdlib.h string.h
など、C言語として当たり前のものもあるのですが、その他に、基本的な演算や浮動小数点なども含まれます。
たとえば、整数の掛け算や割り算をする場合も、関連するライブラリがリンク時に埋め込まれます。z80は標準で掛け算や割り算の命令を持たないので、これは仕方のないところです。
ただ、演算ライブラリは関数単位ではなくオブジェクト単位で埋め込まれるので、不要なものまで入ってしまうことがあります。
演算ライブラリのリンク例
たとえば、次のような簡単なプログラムをコンパイルしてみましょう。
-- test.c
long mul(long a, long b) {
return a * b;
}
void main () {
mul(654321, 123456);
}
今回のプログラムは試しやすいようにアーカイブを用意しました。
Makefileが入っていますのでmakeのみでコンパイル可能です。 まずは、アーカイブのsample1ディレクトリでmakeしてみてください。
Makefileにはいろいろ書いてありますが、要は次のようにしているのと同じです。
% sdcc -mz80 --code-loc 0 --no-std-crt0 test.c
今回は話を簡単にするため、crt0は使っていません。
さて、これでオブジェクトのてtest.ihxのほか、マッピングファイルのtest.mapが出力されていると思います。
mapファイルは、グローバルシンボルがどこに配置されているか、各エリアのサイズがどのくらいかが示されています。
そのmapファイルを見てみましょう。
-- test.map(抜粋)
(中略)
Area Addr Size Decimal Bytes (Attributes)
-------------------------------- ---- ---- ------- ----- ------------
_CODE 0000 090D = 2317. bytes (REL,CON)
Value Global
-------- --------------------------------
0000 _mul
0000 _mul_start
0032 _main
0032 _main_start
0032 _mul_end
004A __mullong_rrf_s
004A __mullong_rrx_s
004A _main_end
004D __modslong_rrf_s
004D __modslong_rrx_s
0050 __modulong_rrf_s
0050 __modulong_rrx_s
0053 __divslong_rrf_s
0053 __divslong_rrx_s
0056 __divulong_rrf_s
0056 __divulong_rrx_s
0059 __mulint_rrf_s
005F __divsint_rrf_s
0065 __divuint_rrf_s
006B __mulschar_rrf_s
0071 __divschar_rrf_s
0077 __muluchar_rrf_s
007D __divuchar_rrf_s
0083 __modschar_rrf_s
0089 __moduchar_rrf_s
008F __modsint_rrf_s
0095 __moduint_rrf_s
009B __rrulong_rrf_s
00A1 __rrslong_rrf_s
00A7 __rlulong_rrf_s
00AD __rlslong_rrf_s
00B3 __divschar_rrx_s
00BA __divschar_rrx_hds
00C1 __modschar_rrx_s
00C8 __modschar_rrx_hds
00CF __divsint_rrx_s
00DB __divsint_rrx_hds
00E3 __modsint_rrx_s
00EF __modsint_rrx_hds
00F7 __divuchar_rrx_s
00FE __divuchar_rrx_hds
0105 __moduchar_rrx_s
010C __moduchar_rrx_hds
0113 __divuint_rrx_s
011F __divuint_rrx_hds
0127 __moduint_rrx_s
0133 __moduint_rrx_hds
013B .div8
013B .mod8
0143 .div16
0143 .mod16
0180 .divu8
0180 .modu8
0183 .divu16
0183 .modu16
01B8 __rrulong_rrx_s
01D5 __rrslong_rrx_s
01F2 __rlslong_rrx_s
01F2 __rlulong_rrx_s
020F __modslong
020F __modslong_start
02E8 __modslong_end
02E8 __modulong
02E8 __modulong_start
03FF __divslong
03FF __divslong_start
03FF __modulong_end
04E1 __divslong_end
04E1 __muluchar_rrx_s
04F4 __mulschar_rrx_s
04FB __mulschar_rrx_hds
0507 __mulint_rrx_s
0513 __mulint_rrx_hds
0513 __muluchar_rrx_hds
052C __divulong
052C __divulong_start
0610 __divulong_end
0610 __mullong
0610 __mullong_start
090D __mullong_end
いかがでしょうか。test.c本体は0x0000～0x0049に配置されています。staticスコープではない関数はstartとendのシンボルが付加されます。_main_endなどの終了位置は終了アドレス+1を示します。
そして、0x004a～0x090cはすべて演算用モジュールです。見ると、divだのmodだの、関係ないものまでたくさん入っていて、そのサイズは実に2,243バイトに達します。
小さなコードを生成するためには
では、もし標準ライブラリをまったくリンクしないとどうなるでしょう。
% sdcc -mz80 --code-loc 0 --no-std-crt0 --nostdlib test.c ?ASlink-Warning-Undefined Global '__mullong_rrx_s' referenced by module 'test'
こうなると思います。つまり、掛け算で'__mullong_rrx_s'という関数を呼び出しているわけです。
こ の関数が定義されているのは、 SDCC/lib/z80/stubs.o というオブジェクトなのですが、実はこのオブジェクトで演算の本体が実装されているわけではありません。名前のとおりこのオブジェクトはただのスタブで、 演算に関するありとあらゆるオブジェクトを参照するようになっています。
リンカはオブジェクト単位ですべての参照を解決しないと出力を生成しないため、スタブが参照しているオブジェクトをすべて埋め込む結果となってしまいます。
オブジェクトを追いかけてみる
ライブラリがリンクするオブジェクトを追いかけるためには、オブジェクトファイルの構造を知ることが必要ですが、ここでは最低限知っておけばいいことだけ挙げます。
先ほどのstubs.oを見ると、次のようになっています。
-- stubs.o (抜粋) (中略) S __muluchar_rrx_s Ref0000 S __mullong Ref0000 (中略) S __rrulong_rrf_s Def0051 S __mullong_rrx_s Def0000 (中略)
最初の方にこのような"S"で始まる行がたくさんあります。これはシンボル定義で、シンボル名と参照・定義の種別を表していま す。Refとあるのは他のオブジェクトで定義されているシンボルの参照、Defとあるのがこのオブジェクトで定義されているシンボルと定義されているアド レスです。
リンカはリンクしようとしたオブジェクトにRefで示されるシンボルがあると、それに対応するDefのシンボルが定義されてい るオブジェクトをリンクします。stubs.oは大量のRefがあるため、それに対応するDefのあるオブジェクトをすべてリンクするまではリンクが終了 しません。
ソースを追いかけてみる
この問題を解決するためには、オブジェクトファイルを直接いじる手もあるのですが、幸いsdccにはソースがついているので、ソースを直接インポートしてしまうのが手っ取り早いでしょう。
ソースは、 SDCC/lib/src/z80/ に入っています。stubs.s を見ると、以下のようになっています。
-- stubs.s (抜粋)
__mullong_rrx_s::
__mullong_rrf_s::
jp __mullong
何のことはない、__mullongに飛んでいるだけです。__mullongは
SDCC/lib/src/__mullong.c
に入っています。
そこで、stubs.sをコピーして、必要なmullong_rrx_s以外の定義を削除してしまいます。次に__mullong.cを個別にコンパイルしてリンクします。すると次は、
?ASlink-Warning-Undefined Global '__muluchar_rrx_s' referenced by module '_mullong'
というリンクエラーが出ます。この定義は
SDCC/lib/src/z80/mul.s
に入っているもっとも基本のライブラリなので、これもアセンブルするようにします。
これらを済ませたものがアーカイブのsample2ディレクトリに入っています。
このディレクトリでmakeしてみてください。リンクエラーは出なくなったと思います。
結果生成されたmapファイルを見てみると、
-- test.map(抜粋)
Area Addr Size Decimal Bytes (Attributes)
-------------------------------- ---- ---- ------- ----- ------------
_CODE 0000 0395 = 917. bytes (REL,CON)
Value Global
-------- --------------------------------
0000 _mul
0000 _mul_start
0032 _main
0032 _main_start
0032 _mul_end
004A __mullong
004A __mullong_start
004A _main_end
0347 __mullong_end
0347 __mullong_rrf_s
0347 __mullong_rrx_s
034A __muluchar_rrx_s
035D __mulschar_rrx_s
0364 __mulschar_rrx_hds
0370 __mulint_rrx_s
037C __mulint_rrx_hds
037C __muluchar_rrx_hds
今度はリンクされる関数がかなり少なくなりました。リンクされたライブラリの大きさは818バイトです。
__mullong.cを最適化したり、mul.sで使われていないルーチンを削ったりすることでもっとサイズを削減することも可能です。
まぁ、そのような場合は計算用ライブラリを個別に用意して、それを呼び出した方がいいかもしれません。
ちなみに、SDOSでは、以下については標準ライブラリは使わず、アセンブリ言語で独自の実装を行っています。
- 乗算(16ビット x 16ビット = 32ビット)
- 除算(32ビット / 8ビット = 32ビット)
どちらが絶対的によいと言うわけではないのですが、16ビットまでの大部分の演算はライブラリを呼び出さずにインライン展開されるようなので、必要な演算の種類やメモリ・速度の制約などのトレードオフを勘案して使い分ければいいと思います。
匿名
画面が真っ暗、でもカーソルは出てる状況。
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パスワード入力で、復活！
修理に出す寸前でした。ホントにありがとう！