kvs/README.md

```markdown
# КВС — Ассемблер с русским синтаксисом для x86-64

**КВС** — это экспериментальный ассемблер для архитектуры x86-64, полностью использующий **русскую лексику** для мнемоник инструкций, имён регистров и директив. Проект носит образовательный характер и демонстрирует принципы работы ассемблера, построения ELF-файлов и трансляции высокоуровневых концепций в машинный код.

## 📋 Оглавление

- [Особенности](#-особенности)
- [Архитектура](#-архитектура)
- [Установка](#-установка)
- [Быстрый старт](#-быстрый-старт)
- [Синтаксис](#-синтаксис)
- [Система команд](#-система-команд)
- [Регистры](#-регистры-процессора)
- [Директивы](#-директивы-ассемблера)
- [Примеры программ](#-примеры-программ)
- [Отладка](#-отладка-и-проверка)
- [Ограничения](#-ограничения)
- [План развития](#-план-развития)
- [Лицензия](#-лицензия)

## ✨ Особенности

- **Полностью русский синтаксис** — все инструкции, регистры и директивы на кириллице
- **Генерация исполняемых ELF-файлов** — 64-битные ELF для Linux, готовые к запуску
- **Четырёхпроходная сборка** — традиционная схема с разрешением меток, подстановкой констант и перекодированием
- **Поддержка секций** — разделение на `.текст` (код), `.данные` (данные) и `.бнд` (неинициализированные данные)
- **Гибкая адресация памяти**:
  - абсолютная адресация по меткам `[переменная]`
  - абсолютная адресация по числовому адресу `[0x402000]`
  - косвенная адресация через регистр `[раикс]`
  - всё с RIP-relative кодированием для 64-битных перемещений
- **CSV-логирование** — детальный файл с соответствием адресов, байтов, меток и исходных команд
- **Более 50 инструкций** — полный набор основных команд x86-64
- **Минимализм зависимостей** — только стандартная библиотека Python

## 🏗 Архитектура

Процесс трансляции исходного кода `.квс` в исполняемый файл `.elf` проходит через **6 этапов** (4 прохода + сборка):

```
Исходный файл (.квс)
       │
       ▼ (kvs_lexer.py)      ← лексический анализ
Файл токенов (.токены)
       │
       ▼ (kvs_parser.py)     ← синтаксический анализ
AST-представление (.аст)
       │
       ▼ (kvs_pass1.py)      ← ПРОХОД 1: генерация CSV с заглушками (0xCC)
CSV-файл (.csv)              ← содержит все байты программы, метки, виртуальные адреса
       │
       ▼ (kvs_pass2.py)      ← ПРОХОД 2: разрешение меток
       │
       ▼ (kvs_pass3.py)      ← ПРОХОД 3: подстановка констант (.константа)
       │
       ▼ (kvs_pass4.py)      ← ПРОХОД 4: перекодирование инструкций
       │
       ▼ (kvs_builder.py)    ← сборка ELF из CSV
ELF-файл (.elf)
       │
       ▼
Исполняемый файл!
```

### Модули компилятора

| Файл | Назначение |
|------|-------------|
| `kvs_build.py` | Главный сборочный скрипт (запускает все этапы по порядку) |
| `kvs_lexer.py` | Лексический анализ, разбор на токены (поддерживает `[]`, `+`, `-`, `*`) |
| `kvs_parser.py` | Синтаксический анализ, построение AST (директивы, метки, инструкции) |
| `kvs_data.py` | Общие данные: регистры, таблица инструкций, вспомогательные функции |
| `kvs_encoder.py` | Фасад кодировщика (объединяет fixsize и mutsize) |
| `kvs_encoder_fixsize.py` | Кодировщик инструкций фиксированного размера |
| `kvs_encoder_mutsize.py` | Кодировщик инструкций переменного размера + диспетчер |
| `kvs_pass1.py` | Первый проход — генерация CSV с заглушками для неизвестных меток |
| `kvs_pass2.py` | Второй проход — разрешение меток (замена заглушек на реальные адреса) |
| `kvs_pass3.py` | Третий проход — подстановка констант из директив `.константа` |
| `kvs_pass4.py` | Четвёртый проход — перекодирование инструкций с подставленными значениями |
| `kvs_builder.py` | Сборка ELF: чтение CSV, заполнение байтов по адресам, установка прав на исполнение |

### Почему 4 прохода?

1. **Первый проход** — неизвестно, какие адреса будут у меток (метка может использоваться до определения). Вместо остановки ставим заглушки `0xCC` и продолжаем.
2. **Второй проход** — после того как все адреса меток известны, заменяем заглушки на реальные значения.
3. **Третий проход** — константы могут ссылаться друг на друга и на метки, поэтому их подстановка делается отдельно.
4. **Четвёртый проход** — после подстановки чисел (адресов/констант) нужно перегенерировать машинный код, так как разные операнды могут менять длину инструкции.

### Структура CSV-файла

| Колонка | Назначение |
|---------|-------------|
| `сегмент` | Имя секции (`.header`, `.text`, `.data`, `.bss`) |
| `адрес` | Файловое смещение байта |
| `виртуальный_адрес` | Виртуальный адрес байта в памяти (для вычисления смещений) |
| `байт` | Исходное значение байта (из pass1) |
| `приводящая_метка` | Имена меток, находящихся на этом адресе (через запятую) |
| `уводящий_адрес` | Строка `ЗАГЛУШКА имя` для неразрешённых меток |
| `исходная_команда` | Исходная инструкция (например, `переход метка`) |
| `команда_со_значениями` | Инструкция с подставленными адресами/константами (pass2/pass3) |
| `рассчитанный_уводящий_адрес` | Реальный адрес метки (файловое смещение) после разрешения |
| `рассчитанный_байт` | Итоговый байт после перекодирования (pass4) |

## 🔧 Установка

```bash
# Клонирование репозитория
git clone https://github.com/artradeskz/kvs.git
cd kvs

# Установка прав на выполнение (при необходимости)
chmod +x kvs_build.py

# Проверка работы
python3 kvs_build.py --help
```

## 🚀 Быстрый старт

### 1. Создайте файл `hello.квс`:

```assembly
.текст
.глобал _start

_start:
    ; write(1, msg, 13)
    переместить_имм раикс,1
    переместить_имм рдиай,1
    переместить_имм рсиай, msg
    переместить_имм рдикс,13
    вызов_системы

    ; exit(0)
    переместить_имм раикс,60
    переместить_имм рдиай,0
    вызов_системы

.данные
msg: .строка_нуль "Hello, World!"
```

### 2. Скомпилируйте:

```bash
python3 kvs_build.py hello.квс
```

### 3. Запустите:

```bash
./hello.elf
```

**Вывод:**

```
Hello, World!
```

## 📝 Синтаксис

### Структура программы

```assembly
.текст          ; секция кода (обязательна)
    ; ... инструкции ...

.данные         ; секция данных (опциональна)
    ; ... инициализированные данные ...

.бнд            ; секция неинициализированных данных (опциональна)
    ; ... переменные без начального значения ...
```

### Метки

Метка — это имя, за которым следует двоеточие:

```assembly
_start:         ; метка _start
    переместить_имм раикс,1
    переход _start   ; переход на метку
```

### Комментарии

Однострочные комментарии начинаются с `;`:

```assembly
; Это комментарий
переместить_имм раикс,42   ; комментарий после инструкции
```

### Работа с памятью

```assembly
; Запись значения в память по метке
переместить_имм раикс,42
сохранить [переменная], раикс

; Чтение значения из памяти
загрузить рбикс,[переменная]

; Запись по абсолютному адресу
сохранить [0x402000], раикс

; Косвенная адресация через регистр
переместить_имм рбикс, переменная
загрузить раикс, [рбикс]

; Работа с BND-секцией
.бнд
счётчик: .байт 0
```

## 📖 Система команд

### Загрузка констант

| Инструкция | Синтаксис | Описание |
|------------|-----------|----------|
| `переместить_имм` | `переместить_имм рег, значение` | Загрузить константу в регистр |

```assembly
переместить_имм раикс,42        ; RAX = 42
переместить_имм еаикс,0x7FFF    ; EAX = 32767
переместить_имм ал,0xFF         ; AL = 255
```

### Работа с памятью

| Инструкция | Синтаксис | Описание |
|------------|-----------|----------|
| `загрузить` | `загрузить рег, [метка/адрес/регистр]` | Загрузить значение из памяти |
| `сохранить` | `сохранить [метка/адрес/регистр], рег` | Сохранить значение в память |

```assembly
загрузить раикс,[переменная]     ; RAX = *переменная
сохранить [результат], раикс      ; *результат = RAX
загрузить рбикс,[0x402000]       ; загрузка по абсолютному адресу
загрузить раикс,[рбикс]          ; косвенная загрузка через регистр
```

### Арифметика и логика

| Инструкция | Синтаксис | Описание |
|------------|-----------|----------|
| `прибавить` | `прибавить рег1, рег2` | рег1 += рег2 |
| `вычесть` | `вычесть рег1, рег2` | рег1 -= рег2 |
| `увеличить` | `увеличить рег` | рег++ |
| `уменьшить` | `уменьшить рег` | рег-- |
| `сравнить` | `сравнить рег1, рег2` | Сравнить регистры |
| `сравнить_с` | `сравнить_с рег, значение` | Сравнить с константой |
| `проверить` | `проверить рег1, рег2` | TEST (логическое AND) |

```assembly
прибавить раикс, рбикс   ; RAX += RBX
увеличить рсикс          ; RCX++
сравнить раикс,10        ; сравнить RAX с 10
```

### Переходы

| Инструкция | Условие |
|------------|---------|
| `переход` | Безусловный |
| `короткий_переход` | Безусловный (смещение ±127) |
| `переход_если_равно` | ZF = 1 |
| `переход_если_неравно` | ZF = 0 |
| `переход_если_меньше` | SF ≠ OF (signed <) |
| `переход_если_больше` | ZF = 0 и SF = OF (signed >) |
| `переход_если_меньше_или_равно` | ZF = 1 или SF ≠ OF |
| `переход_если_больше_или_равно` | SF = OF |
| `переход_если_перенос` | CF = 1 |
| `переход_если_нет_переноса` | CF = 0 |

**Короткие условные переходы** (префикс `короткий_`):
- `короткий_переход_если_равно`, `короткий_переход_если_неравно`, и т.д.
- Генерируют 2-байтовые инструкции (смещение ±127 байт)

### Системные вызовы

| Инструкция | Описание |
|------------|----------|
| `вызов_системы` | Вызов ядра Linux (syscall) |

```assembly
; Пример: завершение программы
переместить_имм раикс,60     ; syscall 60 = exit
переместить_имм рдиай,0      ; код возврата 0
вызов_системы
```

## 💾 Регистры процессора

КВС поддерживает все основные 64-битные регистры x86-64:

| 64-бит | 32-бит | 16-бит | 8-бит (мл.) |
|--------|--------|--------|-------------|
| `раикс` | `еаикс` | `аикс` | `ал` |
| `рбикс` | `ебикс` | `бикс` | `бл` |
| `рсикс` | `есикс` | `сикс` | `кл` |
| `рдикс` | `едикс` | `дикс` | `дл` |
| `рсипи` | `есипи` | `эсп` | `спл` |
| `рбипи` | `ебипи` | `бипи` | `бпл` |
| `рсиай` | `есиай` | `эс` | `сил` |
| `рдиай` | `едиай` | `ди` | `дил` |

## 🔧 Директивы ассемблера

| Директива | Назначение | Пример |
|-----------|------------|--------|
| `.текст` | Начало секции кода | `.текст` |
| `.данные` | Начало секции инициализированных данных | `.данные` |
| `.бнд` | Начало секции неинициализированных данных | `.бнд` |
| `.глобал` | Объявление глобальной метки | `.глобал _start` |
| `.строка` | Строка без завершающего нуля | `.строка "Hello"` |
| `.строка_нуль` | Строка с завершающим нулём | `.строка_нуль "Hello"` |
| `.байт` | Последовательность байтов | `.байт 0x48, 0x65, 108` |
| `.константа` | Определение константы | `.константа LEN = 10` |
| `.резб` | Резервирование байтов в BND | `.резб 100` |
| `.резс` | Резервирование слов в BND | `.резс 50` |
| `.рездс` | Резервирование двойных слов в BND | `.рездс 25` |
| `.резкс` | Резервирование квадрослов в BND | `.резкс 10` |

## 📝 Примеры программ

### Работа с памятью (переменные)

```assembly
.текст
.глобал _start

_start:
    ; Запись значения в переменную
    переместить_имм раикс,42
    сохранить [переменная], раикс
    ; Чтение значения из переменной
    загрузить рбикс,[переменная]
    ; Завершение с кодом возврата
    переместить_имм раикс,60
    загрузить рдиай,[переменная]
    вызов_системы

.данные
переменная: .байт 0
```

### Цикл и условный переход

```assembly
.текст
.глобал _start

_start:
    переместить_имм рсикс,10     ; счетчик = 10

loop:
    переместить_имм раикс,1
    переместить_имм рдиай,1
    переместить_имм рсиай, msg
    переместить_имм рдикс,10
    вызов_системы

    уменьшить рсикс               ; счетчик--
    сравнить_с рсикс,0
    переход_если_больше loop      ; если > 0, продолжаем

    переместить_имм раикс,60
    переместить_имм рдиай,0
    вызов_системы

.данные
msg: .строка "Iteration\n"
```

### Вычисление суммы чисел от 1 до 10

```assembly
.текст
.глобал _start

_start:
    переместить_имм р8,0      ; сумма
    переместить_имм р9,10     ; счётчик

loop:
    прибавить р8, р9
    уменьшить р9
    сравнить_с р9,0
    переход_если_больше loop

    ; exit(сумма в r8)
    переместить_имм раикс,60
    переместить рдикс, р8
    вызов_системы
```

### Использование BND-секции

```assembly
.текст
.глобал _start

_start:
    ; инициализация счётчика в BND
    переместить_имм раикс,0
    сохранить [счётчик], раикс
    
    ; цикл: увеличить счётчик 10 раз
    переместить_имм рсикс,10
loop:
    загрузить раикс,[счётчик]
    увеличить раикс
    сохранить [счётчик], раикс
    уменьшить рсикс
    сравнить_с рсикс,0
    переход_если_больше loop
    
    ; выход с кодом = значение счётчика
    загрузить рдиай,[счётчик]
    переместить_имм раикс,60
    вызов_системы

.бнд
счётчик: .байт 0
```

### Косвенная адресация

```assembly
.текст
.глобал _start

_start:
    ; загружаем адрес переменной в регистр
    переместить_имм рбикс, переменная
    
    ; косвенная запись
    переместить_имм раикс,99
    сохранить [рбикс], раикс
    
    ; косвенное чтение
    загрузить раикс,[рбикс]
    
    ; выход
    переместить_имм рдиай, раикс
    переместить_имм раикс,60
    вызов_системы

.данные
переменная: .байт 0
```

## 🐛 Отладка и проверка

### Просмотр сгенерированного кода

```bash
# Дизассемблирование
objdump -d программа.elf

# Просмотр секций
objdump -h программа.elf

# Просмотр заголовков программы
readelf -l программа.elf

# Извлечение строк из ELF
strings программа.elf
```

### CSV-лог

После компиляции создаётся файл `программа.csv` со структурой:

| адрес | виртуальный_адрес | байт | приводящая_метка | исходная_команда |
|-------|-------------------|------|------------------|------------------|
| 0x1000 | 0x401000 | 48 | _start | переместить_имм раикс, 10 |
| 0x1001 | 0x401001 | B8 | | |
| ... | ... | ... | ... | ... |

### Трассировка системных вызовов

```bash
strace ./программа.elf
```

### Отладка с GDB

```bash
gdb ./программа.elf

(gdb) break _start      ; установить точку останова
(gdb) run               ; запустить
(gdb) info registers    ; показать регистры
(gdb) x/10i $rip        ; показать 10 инструкций
(gdb) stepi             ; выполнить одну инструкцию
```

## ⚠️ Ограничения

### Поддерживается

- 64-битные, 32-битные, 16-битные и 8-битные регистры (AL, BL, CL, DL)
- Непосредственная загрузка констант (imm) в регистры
- Сравнение регистров и регистров с константами
- Условные и безусловные переходы (длинные и короткие)
- Арифметические операции (ADD, SUB, INC, DEC)
- Логическая операция TEST
- Системные вызовы Linux (syscall)
- Секции `.текст`, `.данные` и `.бнд`
- Строковые литералы с escape-последовательностями (`\n`, `\t`, `\\`, `\"`)
- Директива `.байт` для raw-данных
- Директива `.константа` для имён констант
- Директивы резервирования `.резб`, `.резс`, `.рездс`, `.резкс`
- Абсолютная адресация по меткам и числовым адресам `[метка]` / `[0x402000]`
- Косвенная адресация через регистр `[раикс]`
- RIP-relative кодирование для всех видов адресации

### Не поддерживается (в разработке)

- Адресация со смещением `[reg + disp]`
- Сложная адресация с индексом `[reg + reg*scale]` и полная SIB-адресация
- Поддержка плавающей запятой (FPU/SSE)
- Многомодульная компиляция
- Макросы

## 📈 План развития

### Реализовано (v2.0)

- Лексер с токенами `[`, `]`, `NUMBER`, `+`, `-`, `*`
- Парсер с поддержкой операндов в квадратных скобках
- Четырёхпроходная схема сборки
- Первый проход с корректным расчётом размера инструкций с памятью
- Второй проход с разрешением меток
- Третий проход с подстановкой констант
- Четвёртый проход с перекодированием инструкций
- Поддержка меток в операндах памяти `[переменная]`
- Поддержка числовых адресов `[0x402000]`
- Поддержка косвенной адресации `[регистр]`
- Секция `.бнд` для неинициализированных данных
- Вынесение кодировщика в отдельный модуль
- Колонка `виртуальный_адрес` в CSV для точного вычисления смещений

### В планах (v3.0)

- Адресация со смещением `[reg + disp]`
- Сложная адресация с индексом `[reg + reg*scale]`
- Полная SIB-адресация `[reg + reg*scale + disp]`
- Стандартная библиотека (`libkvs.квс`): malloc, free, strlen, strcmp, print

## 📄 Лицензия

Только для образовательных целей. Используйте на свой страх и риск.

---
*КВС Ассемблер | Экспериментальный проект | 2026*
*Только для образовательных целей. Используйте на свой страх и риск.*
```