让 gcc 中途停下，把计算器做两遍

目标

让 gcc 在预处理、编译、汇编、链接的每个阶段停下，检查各阶段的产物；再把同一个 RPN 计算用两种方式实现：直接计算的解释器和翻译成 C 再烧制的编译器，并对照两者是否得出同样的答案。

为什么重要

编译器和解释器用的是同样的前端，只在最后一步不同。就是这一步，决定了在什么时候抓错（执行前还是执行中）、速度如何（翻译成本分摊到多少次运行上），以及含义出现偏差的风险。如果用 Python 写的解释器照搬 Python 的除法规则，它与烧制成 C 的那一边在负数上就会得出不同的答案。本实验让你在一个小计算器上亲手遇到这种差异。

RPN 计算器的语言

낱말      정수(부호가 붙을 수 있음, 예: 7, -3) · x(실행할 때 받는 값) · + - * / %
뜻        낱말을 왼쪽부터 읽는다. 수는 스택에 올리고, 연산자는 두 값을 내려(먼저 내린 것이 오른쪽)
          계산한 결과를 올린다. 끝에 값이 정확히 하나 남아야 한다.
나눗셈    C 처럼 0 쪽으로 자른다: -7 / 2 = -3, 나머지의 부호는 나눠지는 수를 따른다: -7 % 2 = -1
예        "x 1 + 2 *" 는 (x + 1) * 2
오류 글자 bad token 'foo' at 3      (1부터 센 낱말 자리)
          stack underflow at 2      (그 연산자의 자리)
          expected one value, got 2 (끝에 남은 값의 수)
          division by zero

步骤

让 /opt/fixtures/mini/c/hello.c 在每个阶段停下，生成 /root/mini/stages/hello.i（预处理）、hello.s（汇编）、hello.o（目标文件）和 hello（可执行文件）。用 nm hello.o 确认尚未解析的名字（U）。
补全 /root/mini/rpn.py 的 tokenize(text)——返回按空白切分的单词列表，遇到不认识的单词时抛出 RpnError("bad token 'foo' at 3")。
补全 evaluate(tokens, x)——用栈直接计算的解释器。错误按上面的原样文字抛出 RpnError。
补全 check(tokens)——不执行，只跟踪栈深度：没有问题时返回最深时的格数，有问题时抛出与 evaluate 文字相同的 RpnError。除以 0 取决于 x，所以这里不做判断。
补全 to_c(tokens)——返回做同样计算的 C 程序文本。先用 check 检查，若程序有误，就不写 C，而是抛出 RpnError。x 取自 argv[1]，结果输出为一行；除以 0 时输出 runtime error: division by zero 并以 1 退出。
补全 build(tokens, out)——用 gcc 依次生成 out.c → out.s → out.o → out，并且不删除中间产物。
把你的解释器与你的编译器相互对照。评分器会用 x 的四个值，把 15 个随机程序在两条路上都跑一遍——请确认在负数的除法和取余上两边不会出现分歧。
补全 bench(tokens, xs, out)，把 /opt/fixtures/mini/rpn/big.rpn 在 x 取 0 到 199 时的测量结果原样写入 /root/mini/rpn_report.json。

参考

工作位置是 /root/mini，开始实验时已经铺好了 rpn.py 的骨架（函数名和参数请保持不变——评分器按名字调用）。如果删掉了，用 bash /opt/lab/minic/prepare.sh cc-pipeline-lab 恢复。
常见错误：除法直接使用 Python 的 // 和 %，从 0 开始数运算符的位置，在 check 中真的去计算、把除以 0 当成错误抛出。
会话从 60 分钟开始，可以用＋时间延长，结束后 /root/mini 会消失。想保留的代码请另外转存。

让 gcc 停四次

gcc 可以在 -E（预处理）、-S（编译）、-c（汇编）处停下，不加选项则会一直走到链接。把上一阶段的产物交给下一阶段作输入，就能一个阶段一个阶段地分开查看。.o 里还没有 printf 的地址，所以 nm 会把它标为 U。

切成单词

用 text.split() 切分后，逐个判断单词是 x、运算符还是整数。整数是最多带一个符号的数字串（'--3' 不是整数）。位置从 1 开始数。

用栈直接计算——解释器

遇到运算符就弹出两个值。先弹出的是右操作数。除法先用 abs 求商，再加上符号，向 0 截断；余数用 a - 商*b 计算，就和 C 一致了。

不执行，只做检查

只数栈的深度，不管值。数加 1，运算符弹出两个、压入一个，所以减 1，并且在此之前要确认深度至少是 2。最深时的值就是 C 数组的大小。

把同样的计算翻译成 C——编译器

C 里同样设一个栈数组和一个格号（sp），每个单词就能原样翻译成一行。数组大小取 check 测得的深度。C 的 / 和 % 本来就向 0 截断，不需要额外处理，但除以 0 会让进程崩溃，所以要在那之前做检查。

C → 汇编 → 目标文件 → 可执行文件

第 1 步手工做过的四个阶段，现在用 subprocess 依次调用（gcc -S、gcc -c、gcc）。只要有一个阶段失败，就把 gcc 错误的最后一行放进 RpnError 抛出。

对照两条路是否得出同样的答案

这一步不用写新代码。评分器会把随机程序分别交给你的 evaluate 和 build 的结果运行。如果没通过，先检查负数除法和余数的符号——解释器如果遵循 Python 的规则，就会与 C 产生分歧。

测量编译什么时候划算

用 time.perf_counter 测三段：每个值各做一次 evaluate、一次 build、每个值各启动一次可执行文件。启动进程的成本可能比计算本身还大，这一点也要用数字体现出来。same 表示两个结果列表是否相同。