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，再到代碼生成，准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數據結構

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數據結構

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）：代碼生成之Java字節碼基礎

從零寫一個編譯器（十二）：代碼生成之生成邏輯

從零寫一個編譯器（十三）：代碼生成之遍歷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

就直接在控制台輸出

代碼生成

會在當前目錄生成一個C2Bytecode.j字節碼文件，再經過字節碼的匯編器就可以在JVM上運行

.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，一般有遞歸下降，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

• 代碼生成

這里一般會生成一個與平台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代碼生成部分，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代碼分割成一塊一塊，但是其中塊和塊之間又有邏輯關系，然后把它們組成一棵樹

• 正是有這顆樹我們才得以對代碼進行邏輯的解釋，從葉子節點開始，再存儲處理后的信息，傳遞至父節點

• 比如對於a = 0節點，我們先遞歸至子節點，求出a和0的值並且保存在自己的節點，而父節點a = 0就可以利用子節點的信息來對a賦值，比如如果是生成代碼的話，a = 0這個節點的操作可能就是找到這個存儲這個變量的寄存器，然后生成對這個寄存器賦值的指令

• 在這個過程有一個非常重要的數據結構，即符號表，無論是直接解釋執行還是代碼生成都會用到。它的主要用來標識和存儲源代碼的變量、函數等。在符號表中，源程序中的每個標識符都和它的聲明或使用信息綁定在一起，比如其數據類型、作用域以及內存地址。

• 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