在现代编译器设计中，汇编阶段常引入宏机制以复用复杂指令序列，如 x86 中的 REP MOVSB 或自定义 DSP 宏。然而，宏展开涉及参数替换与标签重定位，易引入捕获错误或语义偏移，导致低级代码不可靠。Coq 形式化宏汇编器 IR（Intermediate Representation）提供机器可检验的正确性保证，支持验证展开前后语义等价。
宏汇编 IR 的核心是简化汇编语言子集，仅保留展开必需元素。语法定义如下（伪 Coq）：
Inductive instr : Type := | Label (n : nat) | Mov (rd rs : reg) | Add (rd rs rt : reg) | MacroCall (name : string) (args : list reg) | MacroDef (name : string) (params : list string) (body : list instr) | EndMacro.
程序为 list instr，包含定义与调用。展开算法 desugar (p) 递归处理：遇 MacroDef 收集定义库；遇 MacroCall 查找定义，实例化 body（替换 params 为 args，避免名称冲突用新鲜变量），重定位 body 内 Label（偏移当前 PC），插入展开结果。
为确保正确，定义 big-step 语义 eval (p, state) → state'，state 包括 reg、pc、mem。展开正确性核心引理：∀p, state, desugar (p) = p' ⇒ eval (p, state) ∼ eval (p', state)，其中∼为观察等价（忽略宏指令）。
Coq 实现中，先 Module MacroIR，定义语法用 Inductive。语义用 coinductive big_step，支持循环宏。证明链：展开保持类型（params 匹配 args）；替换保结构（no capture via α-renaming）；语义保全（determinism + progress + preservation）。
关键 tactic：lia 解算术，simp 折叠定义，induction on instr 列表。规模参数：宏深度≤10（递归 unfold 避免栈溢），参数≤8（list 有限），程序≤500 指令（Qed<1min）。清单：
- Extraction 到 OCaml，集成 LLVM 测试宏展开。
- 风险：非卫生展开捕获 label，用 fresh_name 生成唯一 id（nat counter）。
- 回滚：若证明卡住，弱化到 small-step 单步等价。
- 监控：Qed 时间、Extraction 二进制验证随机宏。
此方法借鉴 CompCert 汇编验证，扩展到宏。Kennedy 等在 PPDP 2013 称 “Coq: the world’s best macro assembler”，印证 Coq 低级代码生成潜力。
实际落地：git clone 项目，coq_makefile，make proof。验证如 REP 宏：定义 REP ECX MOV [RDI],[RSI]；INC RDI/DEC RSI，展开后语义等价原串。
来源：Hacker News 讨论 Coq 宏，CompCert 项目，Kennedy PPDP 2013。