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
從零寫一個編譯器（一）：輸入系統和詞法分析
從零寫一個編譯器（二）：語法分析之前置知識
從零寫一個編譯器（三）：語法分析之幾個基礎資料結構
從零寫一個編譯器（四）：語法分析之構造有限狀態自動機
從零寫一個編譯器（五）：語法分析之自動機的缺陷和改進
從零寫一個編譯器（六）：語法分析之表驅動語法分析
從零寫一個編譯器（七）：語義分析之符號表的資料結構
從零寫一個編譯器（八）：語義分析之構造符號表
從零寫一個編譯器（九）：語義分析之構造抽象語法樹(AST)
從零寫一個編譯器（十）：編譯前傳之直接解釋執行
從零寫一個編譯器（十一）：程式碼生成之Java位元組碼基礎
從零寫一個編譯器（十二）：程式碼生成之生成邏輯
從零寫一個編譯器（十三）：程式碼生成之遍歷AST
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", i, a[i]); } }
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
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