前言
x86-lisp 是 x86-64 的 Lisp 语法汇编。
特点：
- 值只携带它内在的属性，「如何解释」由操作决定。
- 指针 opaque -- 不携带元素类型，纯 8 字节地址。
- struct 的「形状/布局」为偏移计算的依据。
概念层级：
- definition
- code-definition
- instr
- operand
- instr
- data-definition
- data
- code-definition
下面分组介绍 x86-lisp 的所有语法。
目录
注释
x86-lisp 使用 Lisp 风格的行注释，以 ; 开头直到行尾。通常写两个分号 ;;。
;; 这是一条注释
(mov (reg rax) 42) ;; 行尾注释指令
(<op> <operand> ...)所有指令统一为 op + operands。 采用 intel 的操作数顺序，目标操作数在前，源操作数在后。
每条指令的语法和操作数约束详见指令参考。
标签
define-code 的指令序列中的裸符号（bare symbol）是标签定义。
- 标签只是代码中的一个位置标记，不改变控制流，也不引入新的作用域。
- 控制流按指令顺序流动；若没有
ret/jmp，会继续执行后面的指令。 - 一个函数的入口就是第一个可执行指令，不需要显式的入口标记。
(define-code main
(mov (reg rax) 10)
(mov (reg rcx) 3)
(cmp (reg rax) (reg rcx))
(j (cc g) (label is-greater))
(mov (reg rax) 0)
(ret)
is-greater
(mov (reg rax) 1)
(ret))顶层定义
(define-code)
(define-code <name>
<instr-or-label>
...)<instr-or-label> 是一条指令，或一个裸符号标签定义。
例如：
(define-code add1
(mov (reg rax) (mem (reg rbp) 16))
(add (reg rax) 1)
(ret))(define-struct)
(define-struct <type-name>
(<field-name> <type>)
...)声明结构体类型与字段布局。
- 类型名按惯例以
-t结尾。 - 字段间无 padding。
(define-struct point-t
(x int64-t)
(y int64-t))(define-data)
(define-data <name> <data>)例如：
(define-data origin
(struct point-t
(x 0)
(y 0)))(define-space)
(define-space <name> <size>)分配未初始化内存。
(define-space buffer 4096)
(define-space stack 16384)操作数
操作数是指令的参数，按 x86-64 机器语义分类。
(reg)
(reg <name>)物理寄存器。
常见寄存器：rax、rbx、rcx、rdx、rsi、rdi、rbp、rsp、r8-r15。
(reg rax)
(reg r15)(label)
(label <name>)代码标签引用 -- 专用于 rel32 域（jmp / call / j 的跳转目标）。
(label is-greater)
(label merge)注意 (label ...) 是 operand，与指令中的地址标签 symbol 不同。
(address)
(address <name>)符号地址作为 64-bit 立即数（movabs + 修正）。
(address origin)
(address chain)(mem)
内存操作数。size（byte / word / dword / qword，对应 1 / 2 / 4 / 8 字节） 是可选的首参数：
(mem <size> <address-or-reg …>)- 省略 size 时由配对的操作数推断（如
(mov (reg al) (mem …))中al推断 1 字节）； 与立即数配对时必须显式 size（如(cmp (mem byte …) 0x61)）。 - 显式 size 与配对寄存器 size 不一致时，check pass 报错。
rip-相对寻址：
(mem (address <name>))
(mem byte (address <name>))编码为 [rip + disp32]。
(mem (address origin))
(mem byte (address buffer))寄存器相对寻址：
第一个参数（size 之后）为 (reg <base>)，支持完整 SIB。
(mem (reg <base>) (<index> | (* <index> <scale>)) [<disp>])
(mem dword (reg <base>) -8)base：base 寄存器名。index：可选，index 寄存器名，写作(reg <name>)。scale：可选，仅1/2/4/8，与 index 一起写作(* (reg <name>) <scale>)。 省略(* ...)时 scale 默认1。disp：可选，整数或(offset-of ...)。
(mem (reg rbp)) ;; [rbp]
(mem (reg rbp) -8) ;; [rbp - 8]
(mem dword (reg rbp) -8) ;; [rbp - 8] dword
(mem (reg rbp) (offset-of point-t y)) ;; [rbp + offset]
(mem (reg rbp) (reg rax)) ;; [rbp + rax]
(mem (reg rbp) (reg rax) -16) ;; [rbp + rax - 16]
(mem (reg rbp) (* (reg rax) 8)) ;; [rbp + rax*8]
(mem (reg rbp) (* (reg rax) 8) -16) ;; [rbp + rax*8 - 16]浮点字面量
操作数位置的浮点字面量（如 3.14）编码为 double 的 raw 64 位 IEEE-754 位模式 立即数（8 字节 movabs）。它是未打 tag 的常数——需要 tagged 值时配合 and/or 的 tag 位操作（对应编译器 float64 → tag-float 的输出模式）。
(mov (reg rax) 3.14) ;; movabs rax, 0x40091EB851EB851F
(mov (mem qword (reg rbp) -8) 3.14) ;; movabs rax, bits; mov [rbp-8], rax- 目标为
mem时必须显式标注qword（浮点字面量本身不带 size 信息）。
(cc)
(cc <code>)条件码，用作 j 指令的 operand。
| 代码 | 含义 |
|---|---|
e | equal |
ne | not equal |
l | less |
le | less or equal |
g | greater |
ge | greater or equal |
b | below |
be | below or equal |
a | above |
ae | above or equal |
(cc e)
(cc l)(var)
(var <name>)寄存器分配前的虚拟变量。
带 var 的汇编语言是中间表示；寄存器分配 pass 会把它替换为 reg 或 mem。
(extern)
(extern <name>)外部符号引用（如 libc 函数、syscall 入口），由外部修正处理。
(extern printf)(fixup)
(fixup <type> <name>)修正操作数，在指令中留下回填空间， 并在 .rela.text / .rela.data 中记录重定位条目。
type 是 x86-lisp 的修正类型，汇编器把它映射到 ELF 重定位类型。
| type | hole 大小 | ELF 重定位类型 | 含义 |
|---|---|---|---|
label-rel32 | 32-bit | R_X86_64_PC32 | S + A - P |
label-abs64 | 64-bit | R_X86_64_64 | S + A |
extern | 64-bit | R_X86_64_64 | 外部符号绝对地址 |
symbol-value | 64-bit | R_X86_64_64 | 作为普通符号由链接器解析 |
| 其他自定义 | 64-bit | R_X86_64_64 | 作为普通符号由链接器解析 |
(mov (reg rax) (fixup symbol-value foo))(label-rel32 中 addend 的含义)
label-rel32 告诉链接器在 32-bit 字段写入相对位移。 x86-64 中所有使用相对寻址的指令，位移是相对于下一条指令的地址 （即 RIP 在当前指令执行时的值）：
call rel32 → rip = 下一条指令
jmp rel32 → 同上
jcc rel32 → 同上
mov r, [rip+disp32] → 同上
lea r, [rip+disp32] → 同上
cmp r/m, imm → 同上位移字段（hole）不一定是指令的最后一个字段 —— 如 cmp byte [buffer], 61h 中 disp32 之后还有 imm8。 重定位条目的 r_offset 指向位移字段的起始位置， addend 由汇编器在生成指令时算出 addend = -(rip - r_offset)， 即「下一条指令相对位移起点的偏移」的相反数：
┌────────────────────────── instruction ──────────────────────────┐
│ opcode │ ModR/M │ displacement (4 bytes) │ immediate │
│ ↑ └────┐ │
│ r_offset └─ rip │
│ ├──────── 4 + imm ────────┤ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘因此链接器写入 S + A - P（S 是目标符号地址，P 是重定位字段地址）。
- 位移是最后一个字段时（如
call rel32、mov [rip+disp32]），addend = -4。 - 位移后还有立即数时（如
cmp byte [buffer], imm8），addend = -(4 + imm_size)。
汇编器（而非链接器）负责把「指令布局」编码进 addend —— 链接器只需执行 统一的公式 S + A - P，完全不需要知道指令结构。
数据
当操作数位置不匹配任何已知形式时，fallback 为 data-operand。
预编码阶段将 data-operand 解析为具体 operand：
data 类型 | 解析为 | 编码 |
|---|---|---|
| 整数 | imm-operand | 立即数 |
| 字符串 | 匿名 data slot + mem-operand | [rip + disp32] |
(pointer ...) | 匿名 data slot + mem-operand | [rip + disp32] |
(address ...) | address-operand | movabs |
裸 (struct ...) 和 (array ...) 不支持 -- 报错。
(mov (reg rax) "hello") ;; 匿名字符串 → mem
(mov (reg rcx) 42) ;; 立即数
(mov (reg rax) (pointer (struct point-t (x 0) (y 0)))) ;; 匿名 struct + mem当前输出 ELF64 relocatable object（ET_REL）：代码进入 .text， 数据进入 .data，(define-space ...) 进入 .bss。
操作数与重定位类型
汇编器在生成 ELF relocatable object 时，以下 operand 自动产生 .rela.text / .rela.data 重定位条目。
Code 段（.rela.text）
| operand | 指令 | 编码 | 重定位类型 | section |
|---|---|---|---|---|
(label X) | call / jmp / j | opcode + disp32 | R_X86_64_PC32 | .text |
(address X) | mov / lea | [rip + disp32] | R_X86_64_PC32 | .text |
(mem (address X)) | mov | [rip + disp32] | R_X86_64_PC32 | .text |
(extern X) | call / jmp | movabs imm64 | R_X86_64_64 | .text |
(fixup T X) | mov | movabs imm64 | R_X86_64_64 | .text |
(label X)、(address X) 和 (mem (address X)) 在语义上等价于 (fixup label-rel32 X)。
(extern X) 等价于 (fixup extern X)。
Data 段（.rela.data）
| 数据形式 | 重定位类型 | section |
|---|---|---|
(address X) 字段 | R_X86_64_64 | .data |
(pointer ...) 字段 | R_X86_64_64 | .data |
| string 作为 pointer-t 字段 | R_X86_64_64 | .data |
data 段中的 (address X) 等价于 (fixup label-abs64 X)。 pointer 和 string 字段的目标（匿名的 data slot）由汇编器自动分配名称 并记录为 label table 的 DATA 条目。
类型
内置类型
| 类型 | 大小 | 说明 |
|---|---|---|
pointer-t | 8 bytes | opaque 指针 |
string-t | 8 bytes | 类似 C 的 const char * |
int8-t | 1 byte | 有符号 8 位整数 |
int16-t | 2 bytes | 有符号 16 位整数 |
int32-t | 4 bytes | 有符号 32 位整数 |
int64-t | 8 bytes | 有符号 64 位整数 |
uint8-t | 1 byte | 无符号 8 位整数 |
uint16-t | 2 bytes | 无符号 16 位整数 |
uint32-t | 4 bytes | 无符号 32 位整数 |
uint64-t | 8 bytes | 无符号 64 位整数 |
pointer-t是 opaque 指针 -- 无 pointee 类型，纯 8 字节地址。- 用户 struct 类型由
define-struct引入（见「顶层定义」）， 通过名称引用（如point-t）。类型名必须以-t结尾。
结构体类型
有 (define-struct) 定义。
结构字段间无 padding。
数组类型
(array-t <element-type> <length>)(array-t <T> <N>) 是定长数组 -- N 个连续 <T> 元素，总大小 = sizeof(T) * N。
(array-t uint8-t 256)
(array-t int64-t 10)
(array-t pointer-t 8)数据
数据（data）描述数据段内存布局 -- 用户在源码中书写的编译期常量形式。
整数
支持十进制、十六进制（0x）、二进制（0b）、八进制（0o）前缀，可带符号：
42
-1
0x61
0x7a
-0x20
0b101
0o17字符串
"hello"
""(struct)
(struct <name>
(<field> <data>)
...)例如：
(struct point-t
(x 0)
(y 0))(pointer)
(pointer <data>)编译期创建匿名 data slot 存放 <data>，产出为指向它的指针。
(pointer (struct node-t (value 1) (next 0)))(array)
(array <data> ...)例如：
(array 1 2 3 4 5)
(array "a" "b" "c")符号地址
(address <name>)例如：
(address factorial)位移
mem 的位移（displacement）是编译期常量，有两种形态。
整数位移
8
-8
16直接给出字节数。
(offset-of)
(offset-of <struct-type> <field> ...)沿 struct-type 的字段路径逐级累加偏移，求值为字节数。
(offset-of point-t y) ;; point-t 中 y 字段的字节偏移
(offset-of node-a-t next) ;; node-a-t 中 next 字段的字节偏移offset-of把「struct 类型 + 字段名 → 偏移」分离成独立的编译期计算。offset-of不穿指针 -- 它只在单个 struct 内逐字段累加；一旦字段是pointer-t，路径即终止。- 跨指针的字段访问要靠「
offset-of+mem+offset-of」链式组合。
编译期 pass 会将所有 offset-of 替换为具体整数位移。