codegen.scm

   1 (load "typecheck.scm")
   2 (load "ast.scm")
   3 (load "platform.scm")
   4
   5 (define target host-os)
   6
   7 (define (emit . s)
   8   (begin
   9     (apply printf s)
  10     (display "\n")))
  11
  12 (define wordsize 8)
  13
  14 (define (type-size data-layouts type)
  15
  16   (define (adt-size adt)
  17     (let ([sizes
  18            (map (lambda (sum)
  19                   (fold-left (lambda (acc x) (+ acc (type-size data-layouts x)))
  20                              wordsize ; one word needed to store tag
  21                              (cdr sum)))
  22                 (cdr adt))])
  23       (apply max sizes)))
  24
  25   (case type
  26     ['Int wordsize]
  27     ['Bool wordsize]
  28     [else
  29      (let ([adt (assoc type data-layouts)])
  30        (if adt
  31            (adt-size adt)
  32            (error #f "unknown size" type)))]))
  33
  34 (define (on-stack? expr)
  35   (case (ast-type expr)
  36     ['stack (cadr expr)]
  37     [else #f]))
  38
  39                                         ; an environment consists of adt layouts in scope,
  40                                         ; and any bound variables.
  41                                         ; bound variables are an assoc list with their stack offset
  42 (define make-env list)
  43 (define env-data-layouts car)
  44 (define env-bindings cadr)
  45
  46 (define (codegen-add xs si env)
  47   (define (go ys)
  48     (if (null? ys)
  49         (emit "movq ~a(%rbp), %rax" si)
  50         (begin
  51           (let ((y (car ys)))
  52             (if (integer? y)
  53                 (emit "addq $~a, ~a(%rbp)" y si)
  54                 (begin
  55                   (codegen-expr y (- si wordsize) env)
  56                   (emit "addq %rax, ~a(%rbp)" si))))
  57           (go (cdr ys)))))
  58   (begin
  59                                         ; use si(%rbp) as the accumulator
  60     (emit "movq $0, ~a(%rbp)" si)
  61     (go xs)))
  62
  63 (define (codegen-binop opcode)
  64   (lambda (a b si env)
  65     (codegen-expr b si env)
  66     (emit "movq %rax, ~a(%rbp)" si)
  67     (codegen-expr a (- si wordsize) env)
  68     (emit "~a ~a(%rbp), %rax" opcode si)))
  69
  70 (define codegen-sub (codegen-binop "sub"))
  71
  72 (define codegen-mul (codegen-binop "imul"))
  73
  74 (define (codegen-not x si env)
  75   (codegen-expr x si env)
  76   (emit "notq %rax")
  77   (emit "andq $1, %rax"))
  78
  79 (define (codegen-eq a b si env)
  80   (codegen-expr a si env)
  81   (emit "movq %rax, ~a(%rbp)" si)
  82   (codegen-expr b (- si wordsize) env)
  83   (emit "## ~a = ~b" a b)
  84   (emit "cmpq ~a(%rbp), %rax" si)
  85   (emit "sete %al"))
  86
  87                                         ; 'write file handle addr-string num-bytes
  88
  89 (define (codegen-print x si env)
  90   (codegen-expr x si env) ; x should be a static-string, producing a label
  91
  92                                         ; make a copy of string address since %rax and %rdi are clobbered
  93   (emit "mov %rax, %rbx")
  94
  95                                         ; get the length of the null terminated string
  96   (emit "mov %rax, %rdi")
  97   (emit "xor %al, %al")   ; set %al to 0
  98   (emit "mov $-1, %rcx") ; max search length = max int = -1
  99   (emit "cld")           ; clear direction flag, search up in memory
 100   (emit "repne scasb")   ; scan string, %rcx = -strlen - 1 - 1
 101
 102   (emit "not %rcx")      ; -%rcx = strlen + 1
 103   (emit "dec %rcx")
 104
 105   (emit "movq %rbx, %rsi") ; string addr
 106   (emit "movq %rcx, %rdx") ; num bytes
 107   (emit "movq $1, %rdi")   ; file handle (stdout)
 108   (case target
 109     ('darwin (emit "mov $0x2000004, %rax")) ; syscall 4 (write)
 110     ('linux  (emit "mov $1, %rax"))) ; syscall 1 (write)
 111   (emit "syscall"))
 112
 113 (define (codegen-let bindings body si env)
 114
 115                                         ; is this a closure that captures itself?
 116                                         ; e.g. (let ([x 3] [f (closure lambda0 (f x))]) (f))
 117   (define (self-captive-closure? name expr)
 118     (and (eqv? (ast-type expr) 'closure)
 119          (memv name (caddr expr))))
 120
 121
 122   ;; (define (emit-scc scc env)
 123   ;;   ; acc is a pair of the env and list of touchups
 124   ;;   (define (emit-binding acc binding)
 125   ;;     (let ([binding-name (car binding)]
 126   ;;        [binding-body (cadr binding)]
 127
 128   ;;        [other-bindings (filter
 129   ;;                         (lambda (x) (not (eqv? binding-name x)))
 130   ;;                         scc)]
 131   ;;        [mutually-recursives
 132   ;;         (filter
 133   ;;          (lambda (other-binding)
 134   ;;            (memv other-binding (references binding-body)))
 135   ;;          other-bindings)]
 136
 137   ;;        [new-touchups (append touchups (cdr acc))])
 138
 139   ;;                                    ; TODO: assert that the only mutually recursives are closures
 140   ;;    (for-each
 141   ;;     (lambda (binding)
 142   ;;       (when (not (eqv? (ast-type (cadr binding))
 143
 144   ;;    (emit "asdf")
 145   ;;    (cons new-env new-touchups)
 146   ;;    ))
 147
 148   ;;   (fold-left emit-binding (cons env '()) scc))))
 149
 150   (let* ([stack-offsets (map (lambda (name x) ; assoc map of binding name to offset
 151                                (cons name (- si (* x wordsize))))
 152                              (map car bindings)
 153                              (range 0 (length bindings)))]
 154          [inner-si (- si (* (length bindings) wordsize))]
 155
 156          [get-offset (lambda (n) (cdr (assoc n stack-offsets)))]
 157
 158          [inner-env
 159           (fold-left
 160            (lambda (env comps)
 161              (let* ([scc-binding-offsets
 162                      (fold-left
 163                       (lambda (acc name)
 164                         (cons (cons name (get-offset name))
 165                               acc))
 166                       (env-bindings env)
 167                       comps)]
 168                     [scc-env (make-env (env-data-layouts env) scc-binding-offsets)])
 169                (for-each
 170                 (lambda (name)
 171                   (let ([expr (cadr (assoc name bindings))])
 172                     (emit "## generating ~a with scc-env ~a" name scc-env)
 173                     (if (self-captive-closure? name expr)
 174                                         ; if self-captive, insert a flag into the environment to let
 175                                         ; codegen-closure realise this!
 176                         (codegen-expr expr
 177                                       inner-si
 178                                       (make-env
 179                                        (env-data-layouts scc-env)
 180                                        (cons (cons name 'self-captive)
 181                                              (env-bindings scc-env))))
 182                         (codegen-expr expr inner-si scc-env))
 183                     (emit "movq %rax, ~a(%rbp)" (get-offset name))))
 184                 comps)
 185                scc-env))
 186            env
 187            (reverse (sccs (graph bindings))))])
 188
 189     (for-each (lambda (form)
 190                 (codegen-expr form inner-si inner-env))
 191               body)))
 192
 193 (define (codegen-var name si env)
 194   (let ([binding (assoc name (env-bindings env))])
 195     (if (not binding)
 196         (error #f (format "Variable ~a is not bound" name))
 197         (emit "movq ~a(%rbp), %rax" (cdr binding)))))
 198
 199 (define cur-lambda 0)
 200 (define (fresh-lambda)
 201   (set! cur-lambda (+ 1 cur-lambda))
 202   (format "_lambda~a" (- cur-lambda 1)))
 203
 204                                         ; a closure on the heap looks like:
 205                                         ; 0    8         16        24
 206                                         ; addr var1....  var2....  var3....
 207
 208 (define (codegen-closure label captured si env)
 209   (let* ((heap-offsets (map (lambda (i) (+ 8 (* 8 i)))
 210                             (range 0 (length captured))))) ; 4, 12, 20, etc.
 211
 212     (emit "## creating closure")
 213
 214     (emit "movq heap_start@GOTPCREL(%rip), %rbx")
 215
 216     (emit "movq (%rbx), %rax")          ; %rax = heap addr of closure
 217
 218
 219                                         ; point heap_start to next space
 220     (emit "addq $~a, (%rbx)" (+ 8 (* 8 (length captured))))
 221
 222     (emit "## storing address to lambda")
 223                                         ; store the address to the lambda code
 224     (emit "movq ~a@GOTPCREL(%rip), %rbx" label)
 225     (emit "movq %rbx, 0(%rax)")
 226
 227     (emit "## storing captives")
 228                                         ; store the captured vars
 229     (for-each
 230      (lambda (var-name heap-offset)
 231        (let ([stack-offset (cdr (assoc var-name (env-bindings env)))])
 232          (emit "### captive ~a" var-name)
 233          (if (eqv? stack-offset 'self-captive)
 234                                         ; captive refers to this closure:
 235                                         ; move heap addr of this closure to stack!
 236              (emit "movq %rax, ~a(%rax)" heap-offset)
 237              (begin
 238                (emit "movq ~a(%rbp), %rbx" stack-offset)
 239                (emit "movq %rbx, ~a(%rax)" heap-offset)))))
 240      captured
 241      heap-offsets)))
 242
 243                                         ; for now we can only call closures
 244 (define (codegen-call f args si env)
 245   (codegen-expr f si env)
 246
 247   (emit "## starting call")
 248
 249   (emit "movq %rax, ~a(%rbp)" si) ; store address of closure first on stack
 250
 251                                         ; codegen the arguments, store them intermediately
 252   (for-each
 253    (lambda (e i)
 254      (begin
 255        (emit "## arg no. ~a" (- i 1))
 256        (codegen-expr e (- si (* wordsize i)) env)
 257                                         ; store intermediate result on stack
 258        (emit "movq %rax, ~a(%rbp)" (- si (* wordsize i)))))
 259
 260    args (range 1 (length args)))
 261
 262                                         ; now that we have everything we need on the stack,
 263                                         ; move them into the param registers
 264
 265   (emit "## moving args into place")
 266   (for-each
 267    (lambda (i) (emit "movq ~a(%rbp), ~a"
 268                      (- si (* wordsize i))
 269                      (param-register i)))
 270    (range 1 (length args)))
 271
 272                                         ; todo: can this be made more efficient
 273   (emit "movq ~a(%rbp), %rax" si)       ; load back pointer to closure
 274
 275   (emit "## moving captives into place")
 276
 277                                         ; move captives into first argument
 278   (emit "movq %rax, %rbx")
 279   (emit "addq $8, %rbx")
 280   (emit "movq %rbx, ~a" (param-register 0))
 281
 282   (emit "## performing call")
 283
 284   (emit "addq $~a, %rsp" si) ; adjust the stack pointer to account all the stuff we put in the env
 285   (emit "callq *(%rax)")                ; call closure function
 286   (emit "subq $~a, %rsp" si))
 287
 288                                         ; LAMBDAS:
 289                                         ; 1st param: pointer to captured args
 290                                         ; 2nd param: 1st arg
 291                                         ; 3rd param: 2nd arg, etc.
 292
 293 (define (codegen-lambda l)
 294   (let* ((label (car l))
 295          (stuff (cdr l))
 296          (captives (car stuff))
 297          (args (cadr stuff))
 298          (body (caddr stuff))
 299                                         ; params = what actually gets passed
 300          (params (append captives args))
 301
 302          (stack-offsets (map (lambda (i)
 303                                (* (- wordsize) (+ 1 i)))
 304                              (range 0 (length params))))
 305
 306          [bindings (map cons params stack-offsets)]
 307          [env (make-env '() bindings)])
 308     (emit "~a:" label)
 309
 310     (display "## lambda captives: ")
 311     (display captives)
 312     (newline)
 313     (display "## lambda args: ")
 314     (display args)
 315     (newline)
 316     (display "## lambda body: ")
 317     (display body)
 318     (newline)
 319
 320     (emit "push %rbp") ; preserve caller's base pointer
 321
 322     (emit "movq %rsp, %rbp") ; set up our own base pointer
 323
 324                                         ; load the captured vars onto the stack
 325     (for-each
 326      (lambda (i)
 327        (begin
 328          (emit "# loading captive ~a" (list-ref captives i))
 329          (emit "movq ~a(~a), %rbx" (* wordsize i) (param-register 0))
 330          (emit "movq %rbx, ~a(%rbp)" (* (- wordsize) (+ 1 i)))))
 331      (range 0 (length captives)))
 332
 333                                         ; load the args onto the stack
 334     (for-each
 335      (lambda (i)
 336        (begin
 337          (emit "movq ~a, %rbx" (param-register (+ 1 i)))
 338          (emit "movq %rbx, ~a(%rbp)"
 339                (* (- wordsize)
 340                   (+ 1 (length captives) i)))))
 341      (range 0 (length args)))
 342
 343     (codegen-expr body (* (- wordsize) (+ 1 (length params))) env)
 344
 345     (emit "pop %rbp") ; restore caller's base pointer
 346     (emit "ret")))
 347
 348 (define cur-label 0)
 349 (define (fresh-label)
 350   (set! cur-label (+ 1 cur-label))
 351   (format "label~a" (- cur-label 1)))
 352
 353 (define (codegen-if cond then else si env)
 354   (codegen-expr cond si env)
 355   (emit "cmpq $0, %rax")
 356   (let ((exit-label (fresh-label))
 357         (else-label (fresh-label)))
 358     (emit "je ~a" else-label)
 359     (codegen-expr then si env)
 360     (emit "jmp ~a" exit-label)
 361     (emit "~a:" else-label)
 362     (codegen-expr else si env)
 363     (emit "~a:" exit-label)))
 364
 365 (define (data-tor env e)
 366   (if (not (list? e)) #f
 367       (assoc (car e) (flat-map data-tors (env-data-layouts env)))))
 368
 369                                         ; returns the internal offset in bytes of a product within an ADT
 370                                         ; given the constructor layout
 371                                         ; constructor-layout: (foo (Int Bool))
 372 (define (data-product-offset data-layouts type sum index)
 373   (let* ([products (cdr (assoc sum (cdr (assoc type data-layouts))))]
 374          [to-traverse (list-head products index)])
 375     (fold-left
 376      (lambda (acc t) (+ acc (type-size data-layouts t)))
 377      wordsize ; skip the tag in the first word
 378      to-traverse)))
 379
 380 (define (data-sum-tag data-layouts type sum)
 381
 382   (define (go acc sums)
 383     (when (null? sums) (error #f "data-sum-tag no sum for type" sum type))
 384     (if (eqv? sum (car sums))
 385         acc
 386         (go (+ 1 acc) (cdr sums))))
 387   (let* ([type-sums (cdr (assoc type data-layouts))])
 388     (go 0 (map car type-sums))))
 389
 390 (define (codegen-data-tor e si env)
 391
 392   (define (codegen-destructor tor)
 393     (let* ([res (codegen-expr (cadr e) si env)]
 394            [info (cadr tor)]
 395            [index (caddr info)]
 396            [type (car info)]
 397            [sum (cadr info)])
 398       (when (not (stack-expr? res))
 399         (error #f "codegened something that wasn't a stack expression"))
 400                                         ;TODO handle stack types
 401       (emit "movq ~a(%rbp), %rax"
 402             (- si (data-product-offset (env-data-layouts env) type sum index)))))
 403
 404   (define (codegen-constructor tor)
 405     (let* ([info (cadr tor)]
 406            [type (car info)]
 407            [sum (cadr info)]
 408            [constructor (car e)]
 409
 410            [args (cdr e)]
 411
 412            [tag (data-sum-tag (env-data-layouts env)
 413                               type
 414                               sum)]
 415
 416            [insert-product
 417             (lambda (expr i)
 418               (let ([res (codegen-expr expr si env)]
 419                     [stack-offset (- si (data-product-offset (env-data-layouts env)
 420                                                              type sum
 421                                                              i))])
 422                 (if (stack-expr? res)
 423                     (error #f "todo: handle stack-exprs in stack exprs")
 424                     (emit "movq %rax, ~a(%rbp)" stack-offset))))])
 425
 426                                         ; emit the tag
 427       (emit "movq $~a, ~a(%rbp)" tag si)
 428
 429       (for-each insert-product args (range 0 (length args)))
 430       (type-size (env-data-layouts env) type)))
 431
 432   (let* ([tor (data-tor env e)]
 433          [constructor (eqv? 'constructor (caddr (cadr tor)))])
 434     (if constructor
 435         (codegen-constructor tor)
 436         (codegen-destructor tor))))
 437
 438 (define stack-expr? number?)
 439
 440                                         ; returns a number if result was stored on stack
 441 (define (codegen-expr e si env)
 442   (emit "# ~a" e)
 443   (case (ast-type e)
 444     ('closure (codegen-closure (cadr e) (caddr e) si env))
 445     ('app
 446      (case (car e)
 447        ('+ (codegen-add (cdr e) si env))
 448        ('- (codegen-sub (cadr e) (caddr e) si env))
 449        ('* (codegen-mul (cadr e) (caddr e) si env))
 450        ('! (codegen-not (cadr e) si env))
 451        ('= (codegen-eq  (cadr e) (caddr e) si env))
 452        ('bool->int (codegen-expr (cadr e) si env))
 453        ('print (codegen-print (cadr e) si env))
 454        (else
 455         (if (data-tor env e)
 456             (codegen-data-tor e si env)
 457             (codegen-call (car e) (cdr e) si env)))))
 458
 459                                         ; this is a builtin being passed around as a variable
 460                                         ; this should have been converted to a closure!
 461     ('builtin (error #f "passing about a builtin!" e))
 462
 463     ('let (codegen-let (let-bindings e)
 464                        (let-body e)
 465                        si
 466                        env))
 467
 468     ('var (codegen-var e si env))
 469
 470     ('if (codegen-if (cadr e) (caddr e) (cadddr e) si env))
 471
 472     ('bool-literal (emit "movq $~a, %rax" (if e 1 0)))
 473     ('int-literal (emit "movq $~a, %rax" e))
 474
 475     ('static-string (emit "movq ~a@GOTPCREL(%rip), %rax"
 476                           (cadr e)))
 477
 478     ('stack (codegen-expr (caddr e) si env))
 479
 480     (else (error #f "don't know how to codegen this"))))
 481
 482                                         ; takes in a expr annotated with types and returns a type-less AST
 483                                         ; with stack values wrapped
 484 (define (annotate-stack-values data-layout ann-e)
 485   (define (stack-type? type)
 486     (assoc type data-layout))
 487   (define (strip e)
 488     (ast-traverse strip (ann-expr e)))
 489   (let* ([e (ann-expr ann-e)]
 490          [type (ann-type ann-e)])
 491     (if (stack-type? type)
 492         `(stack ,type ,(ast-traverse strip e))
 493         (ast-traverse (lambda (x)
 494                         (annotate-stack-values data-layout x))
 495                       e))))
 496
 497 (define (free-vars prog)
 498   (define bound '())
 499   (define (collect e)
 500     (case (ast-type e)
 501       ('builtin '()) ; do nothing
 502       ('var (if (memv e bound) '() (list e)))
 503       ('lambda
 504           (begin
 505             (set! bound (append (lambda-args e) bound))
 506             (collect (lambda-body e))))
 507
 508       ('app (flat-map collect e))
 509       ('if (flat-map collect (cdr e)))
 510       ('let
 511           (let ([bind-fvs (flat-map (lambda (a)
 512                                       (begin
 513                                         (set! bound (cons (car a) bound))
 514                                         (collect (cdr a))))
 515                                     (let-bindings e))])
 516             (append bind-fvs (flat-map collect (let-body e)))))
 517       (else '())))
 518   (collect prog))
 519
 520                                         ; ((lambda (x) (+ x y)) 42) => ((closure lambda1 (y)) 42)
 521                                         ;                              [(lambda1 . ((y), (x), (+ x y))]
 522                                         ; for builtins, this generates a closure if it is used
 523                                         ; outside of an immediate app
 524                                         ; but only one closure for each builtin
 525
 526 (define (extract-lambdas program)
 527   (define lambdas '())
 528   (define (add-lambda e)
 529     (let* ((label (fresh-lambda))
 530            (args (lambda-args e))
 531            (captured (free-vars e))
 532            (body (extract (lambda-body e)))
 533            (new-lambda (cons label (list captured args body))))
 534       (set! lambdas (cons new-lambda lambdas))
 535       `(closure ,label ,captured))) ; todo: should we string->symbol?
 536
 537   (define (find-builtin-lambda e)
 538     (let [(l (assq (builtin-name e) lambdas))]
 539       (if l `(closure ,(car l) ,(caadr l)) #f)))
 540
 541   (define (builtin-name e)
 542     (case e
 543       ('+ "_add")
 544       ('- "_sub")
 545       ('* "_mul")
 546       ('! "_not")
 547       ('= "_eq")
 548       ('bool->int "_bool2int")
 549       ('print "_print")
 550       (else (error #f "don't know this builtin"))))
 551   (define (builtin-args e)
 552     (case e
 553       ('+ '(x y))
 554       ('- '(x y))
 555       ('* '(x y))
 556       ('! '(x))
 557       ('= '(x y))
 558       ('bool->int '(x))
 559       ('print '(x))
 560       (else (error #f "don't know this builtin"))))
 561
 562   (define (add-builtin-lambda e)
 563     (let* [(label (builtin-name e))
 564            (captured '())
 565            (args (builtin-args e))
 566            (body `(,e ,@args))
 567            (new-lambda (cons label (list captured args body)))]
 568       (set! lambdas (cons new-lambda lambdas))
 569       `(closure ,label ,captured)))
 570
 571   (define (extract e)
 572     (case (ast-type e)
 573       ('lambda (add-lambda e))
 574       ('let `(let ,(map (lambda (b) `(,(car b) ,@(extract (cdr b)))) (let-bindings e))
 575                ,@(map extract (let-body e))))
 576       ('app (append
 577                                         ; if a builtin is used as a function, don't generate lambda
 578              (if (eqv? 'builtin (ast-type (car e)))
 579                  (list (car e))
 580                  (list (extract (car e))))
 581              (map extract (cdr e))))
 582
 583       ('builtin
 584        (if (find-builtin-lambda e)
 585            (find-builtin-lambda e)
 586            (add-builtin-lambda e)))
 587
 588
 589       (else (ast-traverse extract e))))
 590   (let ((transformed (extract program)))
 591     (cons lambdas transformed)))
 592
 593 (define (extract-strings program)
 594   (let ((cur-string 0)
 595         (strings '())) ; assoc list of labels -> string
 596     (define (fresh-string)
 597       (set! cur-string (+ cur-string 1))
 598       (format "string~a" (- cur-string 1)))
 599     (define (extract e)
 600       (case (ast-type e)
 601         ('string-literal
 602          (let ((label (fresh-string)))
 603            (set! strings (cons (cons label e) strings))
 604            `(static-string ,label)))
 605         (else (ast-traverse extract e))))
 606     (let ((transformed (extract program)))
 607       (cons strings transformed))))
 608
 609 (define (emit-string-data s)
 610   (emit "~a:" (car s))
 611   (emit "\t.string \"~a\"" (cdr s)))
 612
 613                                         ; 24(%rbp) mem arg 1
 614                                         ; 16(%rbp) mem arg 0          prev frame
 615                                         ; -----------------------
 616                                         ;  8(%rbp) return address     cur frame
 617                                         ;  0(%rbp) prev %rbp
 618                                         ; -8(%rbp) do what you want
 619                                         ;  ...     do what you want
 620                                         ;  0(%rsp) do what you want
 621
 622 (define (param-register n)
 623   (case n
 624     (0 "%rdi")
 625     (1 "%rsi")
 626     (2 "%rdx")
 627     (3 "%rcx")
 628     (4 "%r8")
 629     (5 "%r9")
 630     (else (error #f "need to test out the below"))
 631     (else (format "~a(%rsp)" (- n 6)))))
 632
 633 (define (initialize-heap)
 634   (let ((mmap
 635          (case target
 636            ('darwin "0x20000c5")
 637            ('linux "9"))))
 638                                         ; allocate some heap memory
 639     (emit "mov $~a, %rax" mmap) ; mmap
 640     (emit "xor %rdi, %rdi")  ; addr = null
 641     (emit "movq $1024, %rsi")   ; length = 1kb
 642     (emit "movq $0x3, %rdx") ; prot = read | write = 0x2 | 0x1
 643                                         ;    flags = anonymous | private
 644     (case target
 645       ('darwin (emit "movq $0x1002, %r10")) ; anon = 0x1000, priv = 0x02
 646       ('linux (emit "movq $0x22, %r10")))   ; anon = 0x20,   priv = 0x02
 647     (emit "movq $-1, %r8") ; fd = -1
 648     (emit "xor %r9, %r9") ; offset = 0
 649     (emit "syscall")
 650                                         ; %rax now contains pointer to the start of the heap
 651                                         ; keep track of it
 652
 653     (emit "movq heap_start@GOTPCREL(%rip), %rsi")
 654     (emit "movq %rax, (%rsi)")))
 655
 656 (define (codegen program)
 657   (set! cur-label 0)
 658   (set! cur-lambda 0)
 659   (let* ([data-layouts (program-data-layouts program)]
 660
 661          [pattern-matched (expand-pattern-matches program)]
 662          [type-annotated (annotate-types pattern-matched)]
 663          [stack-annotated (annotate-stack-values data-layouts
 664                                                  type-annotated)]
 665
 666          (strings-res (extract-strings stack-annotated))
 667          (strings (car strings-res))
 668          (lambdas-res (extract-lambdas (cdr strings-res)))
 669          (lambdas (car lambdas-res))
 670          (xform-prog (cdr lambdas-res)))
 671
 672     (emit "\t.global _start")
 673     (emit "\t.text")
 674                                         ;    (emit ".p2align 4,,15") is this needed?
 675
 676     (for-each codegen-lambda lambdas)
 677
 678     (emit "_start:")
 679
 680     (initialize-heap)
 681
 682     (emit "movq %rsp, %rbp")            ; set up the base pointer
 683
 684     (codegen-expr xform-prog (- wordsize) (make-env data-layouts '()))
 685
 686                                         ; exit syscall
 687     (emit "mov %rax, %rdi")
 688     (case target
 689       ('darwin (emit "movq $0x2000001, %rax"))
 690       ('linux (emit "mov $60, %rax")))
 691     (emit "syscall")
 692
 693     (emit ".data")
 694
 695     (emit "heap_start:")
 696     (emit "\t.quad 0")
 697
 698     (for-each emit-string-data strings)))
 699
 700 (define (compile-to-binary program output t)
 701   (set! target t)
 702   (when (not (eq? (typecheck program) 'Int)) (error #f "not an Int"))
 703   (let ([tmp-path "/tmp/a.s"])
 704     (when (file-exists? tmp-path) (delete-file tmp-path))
 705     (with-output-to-file tmp-path
 706       (lambda () (codegen program)))
 707
 708     (case target
 709       ('darwin
 710        (system "as /tmp/a.s -o /tmp/a.o")
 711        (system (format "ld /tmp/a.o -e _start -macosx_version_min 10.14 -static -o ~a" output)))
 712       ('linux
 713        (system "as /tmp/a.s -o /tmp/a.o")
 714        (system (format "ld /tmp/a.o -o ~a" output))))))
 715
 716 ; NOTES
 717 ; syscalls in linux and darwin use the following arguments for syscall instruction:
 718 ; %rax = syscall #
 719 ; %rdi = 1st arg
 720 ; %rsi = 2nd arg
 721 ; %rdx = 3rd arg
 722 ; %r10 = 4th arg
 723 ; %r8  = 5th arg
 724 ; %r9  = 6th arg
 725
 726 ; on darwin, unix/posix syscalls are offset by 0x2000000 (syscall classes)
 727 ; https://opensource.apple.com/source/xnu/xnu-2782.20.48/bsd/kern/syscalls.master
 728 ; documentation for most syscalls: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX.sdk/usr/include/sys