p4 language learning :Part 2（學習筆記）

阿新 • • 發佈：2021-02-07

p4 language learning :Part 2

2.1 String literals

字串文字（字串常量）被指定為任意的8位字元序列，並用雙引號引起來。P4不會對字串進行任何有效性檢查（即它不會檢查字串是否代表合法的UTF-8編碼）。

注：UTF-8（8位元，Universal Character Set/Unicode Transformation Format）是針對Unicode的一種可變長度字元編碼。它可以用來表示Unicode標準中的任何字元，而且其編碼中的第一個位元組仍與ASCII相容，使得原來處理ASCII字元的軟體無須或只進行少部份修改後，便可繼續使用。因此，它逐漸成為電子郵件、網頁及其他儲存或傳送文字的應用中，優先採用的編碼。

2.2 Naming conventions

P4提供了豐富的型別。
基本型別包括位字串（bit-strings），數字（numbers）和錯誤（errors）。
也有內建型別來表示結構，例如解析器（parsers），管道（pipelines），操作（actions）和表（tables）。
使用者可以基於這些構造新型別：結構（structures），列舉（enumerations），標頭（headers），標頭堆疊（header stacks），標頭聯合（header unions）等。

在其文件有以下約定：
1.內建型別使用小寫字母書寫，例如int <20>
2.使用者定義的型別使用大寫字母，例如IPv4Address

3.型別變數始終是大寫字母，例如parser P <H，IH>（…）
4.變數不大寫，例如ipv4header
5.常數以大寫字母寫成，例如CPU_PORT
6.錯誤和列舉以駝峰表示法編寫，例如PacketTooShort

注：3.是型別的變數，而4.是普通變數，兩者注意區別

2.3 P4 programs

p4program
    : /* empty */
    | p4program declaration
    | p4program ';'  /* empty declaration */
    ;

declaration
    : constantDeclaration
    | 
 externDeclaration
    | actionDeclaration
    | parserDeclaration
    | typeDeclaration
    | controlDeclaration
    | instantiation
    | errorDeclaration
    | matchKindDeclaration
    ;

空宣告用單個分號表示。允許空宣告符合C / C ++和Java程式設計師的習慣-例如，某些結構（例如struct不需要終止的分號）

2.4 Scopes

一些P4構造充當名稱空間，用於建立名稱的本地範圍
1.派生型別宣告（struct, header, header_union, enum），它們引入了欄位名稱的本地作用域
2.Block statements，它引入了局部詞法包圍的作用域
3.parser, table, action, 和 control blocks它們引入了局部作用域
4.具有型別變數的宣告，為這些變數引入了新的範圍。例如，在以下extern宣告中，型別變數H的範圍擴充套件到了宣告的末尾：

extern E<H>(...) { ... } // scope of H ends here.

注：這段程式碼的E和H分別代表什麼我有點弄不清楚，如果弄清楚了會回來補充說明

宣告的順序很重要；除解析器狀態外，符號的所有使用都必須遵循符號的宣告。（這與P4_14有所不同，後者允許以任何順序進行宣告。這項要求大大簡化了P4編譯器的實現，允許編譯器使用有關已宣告識別符號的其他資訊來解決歧義。）

2.5 Stateful elements

大多數P4構造都是無狀態的：給定一些輸入，它們產生的結果僅取決於這些輸入。只有兩個有狀態的構造可以跨資料包保留資訊：
1.tables：對於資料平面而言，表是隻讀的，但它們的條目可以由控制平面修改
2.extern objects：許多物件的狀態可以由控制平面和資料平面讀取和寫入。來自P4_14語言版本的所有封裝狀態的結構（例如counters, meters, registers）均使用P4_16中的extern物件表示

在P4中，必須在編譯時通過稱為“例項化”的過程顯式分配所有有狀態元素。
此外，parsers, control blocks, 和 packages可能包含有狀態的元素例項化。因此，即使它們看起來不包含任何狀態，它們也被視為有狀態元素，並且必須在使用它們之前進行例項化。但是，儘管它們是有狀態的，但無需顯式例項化table-宣告table也會建立該table的例項。此約定旨在支援常見情況，因為大多數表僅使用一次。要對table例項化的進行更細粒度的控制，程式設計師可以在control中宣告它。

2.6 L-values

L值是可以出現在賦值操作左側或作為與out和inout函式引數相對應的引數出現的表示式。 L值表示儲存參考。以下表達式是合法的L值：

prefixedNonTypeName
    : nonTypeName
    | dotPrefix nonTypeName
    ;

lvalue
    : prefixedNonTypeName
    | lvalue '.' member
    | lvalue '[' expression ']'
    | lvalue '[' expression ':' expression ']'
    ;

1.基本或派生型別的識別符號。
2.Structure, header, 和 header union field成員訪問操作（使用點表示法）
3.對header stacks中元素的引用：索引，以及對last和next的引用。
4. 位切片運算子[m：l]的結果

以下是合法的左值：headers.stack [4] .field。請注意，方法和函式呼叫不能返回L值
注：L值應為左值

2.7 Calling convention: call by copy in/copy out

P4提供了多種用於編寫模組化程式的構造：extern methods, parsers, controls, actions。所有這些構造的行為都類似於標準通用程式語言中的過程：
1.它們具有命名和鍵入的引數。
2.它們為引數和區域性變數引入了新的區域性範圍。
3.它們通過將實參繫結到形參來傳遞引數。（They allow arguments to be passed by binding them to their parameters）

呼叫他們要使用copy in/copy out。

每個引數都可以標有方向：
1.in形參是隻讀的。在分配的左側使用in形參或將其作為非in實參傳遞給被呼叫者是錯誤的。通過在執行呼叫時複製相應實參的值來初始化in形參。
2.out形參未初始化（型別header或header_union的形參設定為“無效”），並在方法或函式的主體內被視為L值。作為out實參傳遞的引數必須是l值；呼叫執行後，形參值將複製到該L值的相應儲存位置
3.inout形參都是in和out。作為inout實參傳遞的引數必須是L值。

在呼叫函式本身之前，先從左到右評估引數。當為自變數提供的表示式可能有副作用時，求值順序很重要。考慮以下示例：

extern void f(inout bit x, in bit y);
extern bit g(inout bit z);
bit a;
f(a, g(a));

請注意，對g的求值可能會使其自變數a發生變化，因此編譯器必須確保傳遞給f的第一個引數的值不會因對第二個自變數的求值而改變。評估演算法呼叫的語義由以下演算法給出（不同的實現都會有相同的結果）（implementations can be different as long as they provide the same result）：
1.當引數出現在函式呼叫表示式中時，它們從左到右進行求值。
2.對於每個out和inout實參，將儲存對應的L值（因此，不能通過以下引數的求值來更改它）。如果自變數包含對標頭堆疊的索引操作，則這一點很重要。
3.每個實參的值都儲存到一個臨時檔案中。
4.該函式以臨時變數作為實參呼叫。我們保證，作為實參傳遞的臨時物件絕不會彼此混淆，因此，如果體系結構支援，則可以使用按引用呼叫來實現此“生成的”函式呼叫。
5.在函式返回時，將與out或inout引數相對應的臨時物件按從左到右的順序複製到步驟2中儲存的L值中。

根據此演算法，先前的函式呼叫等效於以下語句序列：

bit tmp1 = a;     // evaluate a; save result
bit tmp2 = g(a);  // evaluate g(a); save result; modifies a
f(tmp1, tmp2);    // evaluate f; modifies tmp1
a = tmp1;         // copy inout result back into a

要了解上述演算法中的步驟2為什麼很重要，請考慮以下示例：

header H { bit z; }
H[2] s;
f(s[a].z, g(a));

此呼叫的評估等效於以下語句序列：

bit tmp1 = a;          // save the value of a
bit tmp2 = s[tmp1].z;  // evaluate first argument
bit tmp3 = g(a);       // evaluate second argument; modifies a
f(tmp2, tmp3);         // evaluate f; modifies tmp2
s[tmp1].z = tmp2;      // copy inout result back; dest is not s[a].z

當用作實參時，extern物件只能作為無方向引數傳遞。例如，在VSS示例中檢視資料包實參引數。

注：文中argument均翻譯為實參，parameter均翻譯為形參或引數

筆者注：
1.今天學的有點迷迷糊糊的，有很多東西弄不清楚：

extern E<H>(...) { ... } // scope of H ends here.

這個的E和H和E< H >的用法搞不清楚是什麼意思？

還有這句話：“當用作實參時，extern物件只能作為無方向引數傳遞。例如，在VSS示例中檢視資料包實參引數。”有點不太清楚他在表達什麼？？？
2.全文來自P4_16 Language Specification，僅作學習用途，大部分為google翻譯，有感覺不太準確的地方加了原文，若有不對，歡迎指出！
3.最後希望自己可以繼續堅持吧！加油！

p4 language learning :Part 2（學習筆記）