從零寫一個編譯器(完結):總結和系列索引
前言
這個系列算作我自己的學習筆記,到現在已經有十三篇了,加上這篇一共十四篇。一步一步的從詞法分析到語法分析、語義分析,再到程式碼生成,準備在這一篇做一個總結收尾和一個這個系列以前文章的索引。
(另外,由於我現在的這個主題不能對markdown的一級標題作目錄,所以這個系列文章的目錄都是有問題的)
索引
示例
對於C語言的一個快速排序
void quicksort(int A[10],int p,int r) {
int x;
int i;
i = p - 1;
int j;
int t;
int v;
v = r - 1;
if (p < r) {
x = A[r];
for (j = p; j <= v; j++) {
if (A[j] <= x) {
i++;
t = A[i];
A[i] = A[j];
A[j] = t;
}
}
v = i + 1;
t = A[v];
A[v] = A[r];
A[r] = t;
t = v - 1 ;
quicksort(A,p,t);
t = v + 1;
quicksort(A,t,r);
}
}
void main () {
int a[10];
int i;
int t;
printf("before quick sort:");
for(i = 0; i < 10; i++) {
t = (10 - i);
a[i] = t;
printf("value of a[%d] is %d",i,a[i]);
}
quicksort(a,0,9);
printf("after quick sort:");
for (i = 0; i < 10; i++) {
printf("value of a[%d] is %d",a[i]);
}
}
複製程式碼
解釋執行
就直接在控制檯輸出
程式碼生成
會在當前目錄生成一個C2Bytecode.j位元組碼檔案,再經過位元組碼的彙編器就可以在JVM上執行
.class public C2Bytecode
.super java/lang/Object
.method public static main([Ljava/lang/String;)V
sipush 10
newarray int
astore 0
sipush 0
istore 2
sipush 0
istore 1
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "before quick sort:"
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "
"
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
sipush 0
istore 2
loop0:
iload 2
sipush 10
if_icmpge branch0
sipush 10
iload 2
isub
istore 1
aload 0
iload 2
iload 1
iastore
aload 0
iload 2
iaload
istore 3
iload 2
istore 4
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "value of a["
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
iload 4
invokevirtual java/io/PrintStream/print(I)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "] is "
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
iload 3
invokevirtual java/io/PrintStream/print(I)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "
"
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
iload 2
sipush 1
iadd
istore 2
goto loop0
branch0:
aload 0
sipush 0
sipush 9
invokestatic C2Bytecode/quicksort([III)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "after quick sort:"
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "
"
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
sipush 0
istore 2
loop2:
iload 2
sipush 10
if_icmpge branch4
aload 0
iload 2
iaload
istore 3
iload 2
istore 4
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "value of a["
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
iload 4
invokevirtual java/io/PrintStream/print(I)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "] is "
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
iload 3
invokevirtual java/io/PrintStream/print(I)V
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc "
"
invokevirtual java/io/PrintStream/print(Ljava/lang/String;)V
iload 2
sipush 1
iadd
istore 2
goto loop2
branch4:
return
.end method
.method public static quicksort([III)V
sipush 0
istore 5
sipush 0
istore 6
iload 1
sipush 1
isub
istore 6
sipush 0
istore 7
sipush 0
istore 3
sipush 0
istore 4
iload 2
sipush 1
isub
istore 4
iload 1
iload 2
if_icmpge branch1
aload 0
iload 2
iaload
istore 5
iload 1
istore 7
loop1:
iload 7
iload 4
if_icmpgt ibranch1
aload 0
iload 7
iaload
iload 5
if_icmpgt ibranch2
iload 6
sipush 1
iadd
istore 6
aload 0
iload 6
iaload
istore 3
aload 0
iload 6
aload 0
iload 7
iaload
iastore
aload 0
iload 7
iload 3
iastore
ibranch2:
iload 7
sipush 1
iadd
istore 7
goto loop1
ibranch1:
iload 6
sipush 1
iadd
istore 4
aload 0
iload 4
iaload
istore 3
aload 0
iload 4
aload 0
iload 2
iaload
iastore
aload 0
iload 2
iload 3
iastore
iload 4
sipush 1
isub
istore 3
aload 0
iload 1
iload 3
invokestatic C2Bytecode/quicksort([III)V
iload 4
sipush 1
iadd
istore 3
aload 0
iload 3
iload 2
invokestatic C2Bytecode/quicksort([III)V
branch1:
return
.end method
.end class
複製程式碼
總結
- 詞法分析
一般用有限狀態自動機或者手工編寫來實現,這一步輸出的是token序列
- 語法分析
主要分為自頂向下和自底向上的語法分析,一般有遞迴下降,LL(1),LR(1),LALR(1)幾種方法實現。這一步輸出的是語法樹
- 語義分析
語義分析主要任務是生成符號表,並且發現不符合語義的語句,這一步輸出的還是AST
- 程式碼生成
這裡一般會生成一個與平臺無關的較為貼近底層的中間語言(IR),這一步輸入AST,輸出的是IR
這個編譯過程在第一篇的時候就有提起,現在主要想總結的是解釋執行和程式碼生成部分,也就是遍歷AST的過程
-
首先抽象語法樹AST的構造就像是把所有程式碼分割成一塊一塊,但是其中塊和塊之間又有邏輯關係,然後把它們組成一棵樹
-
正是有這顆樹我們才得以對程式碼進行邏輯的解釋,從葉子節點開始,再儲存處理後的資訊,傳遞至父節點
-
比如對於a = 0節點,我們先遞迴至子節點,求出a和0的值並且儲存在自己的節點,而父節點a = 0就可以利用子節點的資訊來對a賦值,比如如果是生成程式碼的話,a = 0這個節點的操作可能就是找到這個儲存這個變數的暫存器,然後生成對這個暫存器賦值的指令
-
在這個過程有一個非常重要的資料結構,即符號表,無論是直接解釋執行還是程式碼生成都會用到。它的主要用來標識和儲存原始碼的變數、函式等。在符號表中,源程式中的每個識別符號都和它的宣告或使用資訊繫結在一起,比如其資料型別、作用域以及記憶體地址。
-
一個玩具型編譯器的主體思路是很明確的,但是在實際實現當中需要考慮的細節也很多,所以才讓實現過於繁瑣