LC3-Simulator

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define hex 'x'<<setfill('0')<<setw(4)<<hex<<setiosflags(ios::uppercase)
#define bin(x,y) bitset<x>(y).to_string() 
#define asm(s) mem[pc]=bitset<16>(s).to_ulong()
//#define RESULT_ONLY 
map<string,int> m;
map<string,int> addr;
ifstream fin("in.txt"),from_mem("mem_in.txt");
ofstream fout("out.txt"),to_mem("mem_out.txt");

string line[65540];
int orig,mem[65540],R[8],nzp,first,pc,cnt,n;
int to10(string s){
    int res=0,base;
    if(s[0]=='#') base=10;
    else base=16;
    for(int i=s.size()-1,j=1,t;i;i--){
        if(i==1&&s[1]=='-'){
            res*=-1;continue;
        } 
        if(s[i]>='0'&&s[i]<='9') t=s[i]-'0';
        else t=s[i]-'A'+10;
        res+=t*j;
        j*=base;
    }
    return res;
}
void Init(){
    m[".ORIG"]=1;m[".FILL"]=2;m[".BLKW"]=3;m[".STRINGZ"]=4;
    m["ADD"]=5;m["AND"]=6;m["BRp"]=7;m["BRz"]=8;m["BRzp"]=9;
    m["BRn"]=10;m["BRnp"]=11;m["BRnz"]=12;m["BRnzp"]=13;
    m["JMP"]=14;m["JSR"]=15;m["JSRR"]=16;m["LD"]=17;m["LDI"]=18;
    m["LDR"]=19;m["LEA"]=20;m["NOT"]=21;m["RET"]=22;m["ST"]=23;
    m["STI"]=24;m["STR"]=25;m["TRAP"]=26;m["GETC"]=27;
    m["OUT"]=28;m["PUTS"]=29;m["IN"]=30;m["HALT"]=32;
    string s;
    while(fin>>s&&s[0]!='x');
    orig=to10(s);
    fin.seekg(0,ios::beg);
    for(int i=0;i<65536;i++){
        string t;
        from_mem>>t;
        from_mem>>t;
        if(t!="x0000") mem[i]=to10(t);
    }
}
void Show(){
    fout<<"pc:"<<hex<<pc<<endl;
    for(int i=0;i<8;i++){
        R[i]=(R[i]+65536)%65536;
        fout<<"R["<<i<<"]:"<<hex<<R[i]<<' ';
    }
    fout<<endl<<"nzp:"<<dec<<nzp<<' '<<"cnt:"<<cnt-1<<endl;
    fout<<endl;
}
void setnzp(string s){
    if(R[s[1]-'0']%65536==0) nzp=0;
    else if(!((R[s[1]-'0']%65536)&32768)) nzp=1;
    else nzp=-1;
}
void FirstPass(){
    string s,t;
    n=orig-1;
    while(1){
        n++;
        fin>>s;
        if(s==".END") break;
        if(m[s]==1||s[0]==';'){ //.ORIG||注释
            getline(fin,s);
            n--;
            continue;
        }
        if(!m[s]){  //Lable
            addr[s]=n;
            line[n]+=s+' ';
            fin>>s;
        }
        if(m[s]==2){ //.FILL
            fin>>t;
            line[n]+=s+' '+t;
            mem[n]=to10(t);
        }
        if(m[s]==3){ //.BLKW
            int tmp;
            fin>>tmp;
            line[n]=s+char(tmp+'0');
            n+=tmp-1;
        }
        if(m[s]==4){ //.STRINGZ
            fin>>t;
            line[n]=s+t;
            int len=t.size();
            for(int i=1;i<len-1;i++,n++) mem[n]=t[i]-'0';
            mem[n]=0;
        }
        if(m[s]>4){//else
            getline(fin,t); 
            line[n]+=s+t;
        }
    }
    for(int i=0;i<=7;i++){
        for(int j=0;j<=5;j++) fin.get();
        fin>>s;
        R[i]=to10(s);
    }
}
void SecondPass(){
    string s;
    for(pc=orig;pc<n;pc++){
        stringstream ss(line[pc]);
        ss>>s;
        if(!m[s]) ss>>s;
        if(m[s]==5){//ADD
            ss>>s;
            if(s[6]=='R') asm("0001"+bin(3,s[1]-'0')+bin(3,s[4]-'0')+"000"+bin(3,s[7]-'0'));
            else{
                string t;
                for(int i=6;s[i];i++) t+=s[i];
                asm("0001"+bin(3,s[1]-'0')+bin(3,s[4]-'0')+"1"+bin(5,to10(t)));
            }
        }
        if(m[s]==6){//AND
            ss>>s;
            if(s[6]=='R') asm("0101"+bin(3,s[1]-'0')+bin(3,s[4]-'0')+"000"+bin(3,s[7]-'0'));
            else{//AND
                string t;
                for(int i=6;s[i];i++) t+=s[i];
                asm("0101"+bin(3,s[1]-'0')+bin(3,s[4]-'0')+"1"+bin(5,to10(t)));
            }
        }
        if(m[s]>=7&&m[s]<=13){//BR
            int tnzp=m[s]-'0'-6;
            ss>>s; 
            if(s[0]=='#'||s[0]=='x') asm("0000"+bin(3,tnzp)+bin(9,to10(s)));
            else asm("0000"+bin(3,tnzp)+bin(9,addr[s]-pc-1));
        }
        if(m[s]==14){//JMP
            ss>>s;
            asm("1100000"+bin(3,R[s[1]-'0'])+"000000");
        }
        if(m[s]==15){//JSR
            ss>>s;
            if(s[0]=='#'||s[0]=='x') asm("01001"+bin(11,to10(s)));
            else asm("01001"+bin(11,addr[s]-pc-1));
        }
        if(m[s]==16){//JSRR
            ss>>s;
            asm("0100000"+bin(3,s[1]-'0')+"000000");
        }
        if(m[s]==17){//LD
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++)t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') asm("0010"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,to10(t)));
            else asm("0010"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,addr[t]-pc-1));
        }
        if(m[s]==18){//LDI
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++)t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') asm("1010"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,to10(t)));
            else asm("1010"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,addr[t]-pc-1));
        }
        if(m[s]==19){//LDR
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=6;s[i];i++) t+=s[i];
            asm("0110"+bin(3,s[1]-'0')+bin(3,s[4]-'0')+bin(6,to10(t)));
        }
        if(m[s]==20){//LEA
            ss>>s; 
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++) t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') asm("1110"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,to10(t)));
            else asm("1110"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,addr[t]-pc-1));  
        }
        if(m[s]==21){//NOT
            ss>>s;
            asm("1001"+bin(3,s[1]-'0')+bin(3,s[4]-'0')+"111111");
        }
        if(m[s]==22){//RET
            ss>>s;
            asm("1100000111000000");
        }
        if(m[s]==23){//ST
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++)t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') asm("0011"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,to10(t)));
            else asm("0011"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,addr[t]-pc-1));
        }
        if(m[s]==24){//STI
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++)t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') asm("1011"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,to10(t)));
            else asm("1011"+bin(3,s[1]-'0')+bin(9,addr[t]-pc-1));
        }
        if(m[s]==25){//STR
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=6;s[i];i++) t+=s[i];
            asm("0111"+bin(3,s[1]-'0')+bin(3,s[4]-'0')+bin(6,to10(t)));
        }
        if(m[s]==26){ //TRAP
            ss>>s;
            asm("11110000"+bin(8,to10(s)));
        }
        if(m[s]>=27&&m[s]<=32) asm("11110000"+bin(8,bin(8,m[s]+5)));
    }
}
void Execute(){
    string s;
    for(pc=orig;pc<n;pc++){
        cnt++;
        #ifndef RESULT_ONLY
        Show();
        #endif
        stringstream ss(line[pc]);
        if(!(ss>>s)) continue;
        if(!m[s]) ss>>s;
        if(s=="HALT") break;
        if(m[s]==5){ //ADD
            ss>>s;
            if(s[6]=='R') R[s[1]-'0']=(R[s[4]-'0']+R[s[7]-'0'])%65536;
            else{
                string t;
                for(int i=6;s[i];i++) t+=s[i];
                R[s[1]-'0']=(R[s[4]-'0']+to10(t))%65536;
            }
            setnzp(s);
        }
        if(m[s]==6){ //AND
            ss>>s;
            if(s[6]=='R') R[s[1]-'0']=R[s[4]-'0']&R[s[7]-'0'];
            else{
                string t;
                for(int i=6;s[i];i++) t+=s[i];
                R[s[1]-'0']=R[s[4]-'0']&to10(t);
            }
            setnzp(s);
        }
        //BR
        if( (m[s]==7&&nzp>0) || (m[s]==8&&!nzp) || (m[s]==9&&!(nzp<0)) || (m[s]==10&&nzp<0) || (m[s]==11&&nzp) || (m[s]==12&&!(nzp>0)) || (m[s]==13) ){
            ss>>s; 
            if(s[0]=='#'||s[0]=='x') pc+=to10(s);
            else pc=addr[s]-1;
        }
        if(m[s]==14){ //JMP
            ss>>s;
            pc=R[s[1]-'0']-1;
        }
        if(m[s]==15){ //JSR
            R[7]=pc;
            ss>>s;
            if(s[0]=='#'||s[0]=='x') pc+=to10(s);
            else pc=addr[s]-1;   
        }
        if(m[s]==16){ //JSRR
            R[7]=pc;
            ss>>s;
            pc=R[s[1]-'0']-1;
        }
        if(m[s]==17){ //LD
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++)t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') R[s[1]-'0']=mem[pc+to10(t)+1];
            else R[s[1]-'0']=mem[addr[t]];
            setnzp(s);
        }
        if(m[s]==18){ //LDI
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++) t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') R[s[1]-'0']=mem[mem[pc+to10(t)+1]];
            else R[s[1]-'0']=mem[mem[addr[t]]]; 
            setnzp(s);
        }
        if(m[s]==19){ //LDR
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=6;s[i];i++) t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') R[s[1]-'0']=mem[R[s[4]-'0']+to10(t)];
            else R[s[1]-'0']=mem[R[s[4]-'0']+addr[t]];
            setnzp(s);    
        }
        if(m[s]==20){ //LEA
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++) t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') R[s[1]-'0']=pc+to10(t)+1;
            else R[s[1]-'0']=addr[t];
            setnzp(s);
        }
        if(m[s]==21){ //NOT
            ss>>s;
            R[s[1]-'0']=~R[s[4]-'0'];
            setnzp(s);
        }
        if(m[s]==22) pc=R[7]; //RET
        if(m[s]==23){ //ST
            ss>>s; 
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++) t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') mem[pc+to10(t)+1]=R[s[1]-'0'];
            else mem[addr[t]]=R[s[1]-'0'];
        }
        if(m[s]==24){ //STI
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=3;s[i];i++) t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') mem[mem[pc+to10(t)+1]]=R[s[1]-'0'];
            else mem[mem[addr[t]]]=R[s[1]-'0'];     
        }
        if(m[s]==25){ //STR
            ss>>s;
            string t;
            for(int i=6;s[i];i++) t+=s[i];
            if(t[0]=='#'||t[0]=='x') mem[R[s[4]-'0']+to10(t)]=R[s[1]-'0'];
            else mem[R[s[4]-'0']+addr[t]]=R[s[1]-'0'];    
        }
        if(m[s]==26){ //TRAP
            ss>>s;
            if(s=="x20") R[0]=cin.get();
            if(s=="x21") cout<<char(R[0]);
            if(s=="x22") for(int i=R[0];mem[i];i++) cout<<char(mem[i]);
            if(s=="x23"){
                cout<<"Please input a character:";
                R[0]=cin.get();
            }
            if(s=="x25") break;
        }
        if(m[s]==27) R[0]=cin.get(); //GETC
        if(m[s]==28) cout<<char(R[0]); //OUT
        if(m[s]==29) for(int i=R[0];mem[i];i++) cout<<char(mem[i]); //PUTS
        if(m[s]==30){ //IN
            cout<<"Please input a character:";
            R[0]=cin.get();
        }
        //Show();
    }
}
int main(){
    ios::sync_with_stdio(false);fin.tie(0);
    Init();
    FirstPass();
    SecondPass();
    Execute();
    #ifdef RESULT_ONLY
    Show();
    #endif
    for(int i=0;i<65535;i++)  to_mem<<hex<<i<<": "<<hex<<mem[i]<<endl;
    return 0;
}
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