编译原理之词法分析-语法分析-中间代码生成

news2024/9/30 15:31:21

编译原理之词法分析-语法分析-中间代码生成

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文章说明

学习编译原理后,总是想制作自己的一款小语言编译器,虽然对技术不是很理解,学的不是很扎实,但还是想着尝试尝试;目前该效果只是初步设计实现下的效果,没有采用较为规范的EBNF(巴科斯范式)来进行文法的描述,因为我总觉得那样的效果对我来说有些抽象,有些困难。所以我自己简单的采用解释器模式来模拟编译的关键步骤:词法分析、语法分析、中间代码生成

源码

参见链接,部分核心代码如下:

主程序

package com.boot.compiler;

import com.boot.compiler.entity.AbstractSyntaxTree;
import com.boot.compiler.entity.Block;
import com.boot.compiler.entity.Function;
import com.boot.compiler.entity.Operation;
import com.boot.compiler.util.ir.IrAnalyzer;
import com.boot.compiler.util.lexical.LexicalAnalyzer;
import com.boot.compiler.util.semantic.SemanticAnalyzer;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.List;

/**
 * @author bbyh
 * @date 2024/3/9 22:30
 */
public class TestMain {
    private static final String PROGRAM_PATH = "D:/compiler/program.txt";
    private static final String SPLIT_WORD_PATH = "D:/compiler/split_word.txt";
    private static final String ABSTRACT_SYNTAX_TREE_PATH = "D:/compiler/abstract_syntax_tree.txt";
    private static final String IR_CODE_PATH = "D:/compiler/ir_code.txt";

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] buf = new byte[1024 * 1024];
        String text;
        try (FileInputStream inputStream = new FileInputStream(PROGRAM_PATH)) {
            int read = inputStream.read(buf);
            text = new String(buf, 0, read);
        }

        List<Operation> operationList = LexicalAnalyzer.analyse(text);
        try (FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(SPLIT_WORD_PATH)) {
            for (Operation operation : operationList) {
                outputStream.write(operation.type.toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                outputStream.write("\t".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                outputStream.write(operation.value.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                outputStream.write("\n".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            }
        }

        AbstractSyntaxTree abstractSyntaxTree = SemanticAnalyzer.analyse(operationList);
        try (FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(ABSTRACT_SYNTAX_TREE_PATH)) {
            List<Function> functionList = abstractSyntaxTree.functionList;
            for (Function function : functionList) {
                outputStream.write((function.name + "\n").getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

                List<Block> blockList = function.blockList;
                for (Block block : blockList) {
                    outputStream.write(("\t" + block.blockType + "\n").getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

                    List<Operation> blockOperationList = block.operationList;
                    for (Operation blockOperation : blockOperationList) {
                        outputStream.write(("\t\t" + blockOperation.type + "\t" + blockOperation.value + "\n").getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                    }
                }
            }
        }

        IrAnalyzer.analyse(abstractSyntaxTree);
        try (FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(IR_CODE_PATH)) {
            List<Function> functionList = abstractSyntaxTree.functionList;
            for (Function function : functionList) {
                outputStream.write((function.name + "\n").getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

                List<String> irList = function.irList;
                for (String irCode : irList) {
                    outputStream.write(("\t" + irCode + "\n").getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                }
            }
        }
    }
}

定义的关键字

package com.boot.compiler.entity;

import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class KeyWord {
    public OperationType type;
    public String name;

    public KeyWord(OperationType type, String name) {
        this.type = type;
        this.name = name;
    }

    public static final Map<String, OperationType> KEY_WORD_MAP = new HashMap<>(10);
    public static final Set<String> KEY_WORD_SET = new HashSet<>(10);

    static {
        KEY_WORD_SET.add("function");
        KEY_WORD_SET.add("int");

        KEY_WORD_MAP.put("function", OperationType.FUNCTION);
        KEY_WORD_MAP.put("int", OperationType.INT);
    }
}

定义的运算符

package com.boot.compiler.entity;

import java.util.*;

/**
 * @author bbyh
 * @date 2024/3/10 11:44
 */
public class Calculator {
    public OperationType type;
    public String name;

    public Calculator(OperationType type, String name) {
        this.type = type;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Calculator{" +
                "type=" + type +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public static final Map<String, OperationType> CALCULATOR_MAP = new HashMap<>(10);
    public static final Set<String> CALCULATOR_SET = new HashSet<>(10);

    static {
        CALCULATOR_SET.add("(");
        CALCULATOR_SET.add(")");
        CALCULATOR_SET.add("{");
        CALCULATOR_SET.add("}");
        CALCULATOR_SET.add(";");
        CALCULATOR_SET.add("=");
        CALCULATOR_SET.add("+");

        CALCULATOR_MAP.put("(", OperationType.LEFT_LITTLE);
        CALCULATOR_MAP.put(")", OperationType.RIGHT_LITTLE);
        CALCULATOR_MAP.put("{", OperationType.LEFT_LARGE);
        CALCULATOR_MAP.put("}", OperationType.RIGHT_LARGE);
        CALCULATOR_MAP.put(";", OperationType.SEMICOLON);
        CALCULATOR_MAP.put("=", OperationType.ASSIGN);
        CALCULATOR_MAP.put("+", OperationType.ADD);
    }
}

词法分析实现

package com.boot.compiler.util.lexical;

import com.boot.compiler.entity.Operation;
import com.boot.compiler.entity.OperationType;
import com.boot.compiler.util.Character;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

import static com.boot.compiler.entity.Calculator.CALCULATOR_MAP;
import static com.boot.compiler.entity.Calculator.CALCULATOR_SET;
import static com.boot.compiler.entity.KeyWord.KEY_WORD_MAP;
import static com.boot.compiler.entity.KeyWord.KEY_WORD_SET;

/**
 * @author bbyh
 * @date 2024/3/9 22:38
 */
public class LexicalAnalyzer {
    private static final String LINE_SPLIT = "\n";
    private static final String WORD_SPLIT = " ";
    private static final String TAB_SPLIT = "\t";

    private static String[] split(String text) {
        text = text.replaceAll(TAB_SPLIT, "    ");

        StringBuilder buffer = new StringBuilder();
        String[] lines = text.split(LINE_SPLIT);
        for (String line : lines) {
            buffer.append(line.trim());
        }
        return buffer.toString().split(WORD_SPLIT);
    }

    public static List<Operation> analyse(String text) {
        String[] split = split(text);

        List<Operation> wordList = new ArrayList<>(split.length);
        for (String word : split) {
            if (KEY_WORD_SET.contains(word)) {
                wordList.add(new Operation(KEY_WORD_MAP.get(word), word));
                continue;
            }
            if (CALCULATOR_SET.contains(word)) {
                wordList.add(new Operation(CALCULATOR_MAP.get(word), word));
                continue;
            }

            int current = 0;
            int start = 0;
            String subString;
            while (current < word.length()) {
                char ch = word.charAt(start);

                // 处理为运算符的情况
                if (CALCULATOR_SET.contains(ch + "")) {
                    wordList.add(new Operation(CALCULATOR_MAP.get(ch + ""), ch + ""));
                    current++;
                    start++;
                    continue;
                }

                ch = word.charAt(start);
                // 处理为"小大写字母"的情况
                if (Character.isLetter(ch)) {
                    while (Character.isLetterOrNumber(ch)) {
                        current++;
                        if (current == word.length()) {
                            break;
                        }
                        ch = word.charAt(current);
                    }
                    subString = word.substring(start, current);
                    if (KEY_WORD_SET.contains(subString)) {
                        wordList.add(new Operation(KEY_WORD_MAP.get(subString), subString));
                    } else {
                        wordList.add(new Operation(OperationType.VAR, subString));
                    }
                    start = current;
                    continue;
                }

                ch = word.charAt(start);
                // 处理为"整数"的情况
                if (Character.isNumber(ch)) {
                    while (Character.isNumber(ch)) {
                        current++;
                        if (current == word.length()) {
                            break;
                        }
                        ch = word.charAt(current);
                    }
                    subString = word.substring(start, current);
                    wordList.add(new Operation(OperationType.INT_NUMBER, subString));
                    start = current;
                }
            }
        }

        return wordList;
    }
}

语法分析实现

package com.boot.compiler.util.semantic;

import com.boot.compiler.entity.AbstractSyntaxTree;
import com.boot.compiler.entity.Operation;
import com.boot.compiler.util.semantic.executor.AbstractSemanticAnalyzerExecutor;

import java.util.List;

/**
 * @author bbyh
 * @date 2024/3/10 13:32
 */
public class SemanticAnalyzer {
    public static AbstractSyntaxTree analyse(List<Operation> operationList) {
        AbstractSemanticAnalyzerExecutor executor = new AbstractSemanticAnalyzerExecutor(operationList);
        executor.execute();
        return AbstractSemanticAnalyzerExecutor.abstractSyntaxTree;
    }
}
package com.boot.compiler.util.semantic.executor;

import com.boot.compiler.entity.AbstractSyntaxTree;
import com.boot.compiler.entity.Block;
import com.boot.compiler.entity.Function;
import com.boot.compiler.entity.Operation;

import java.util.List;

/**
 * @author bbyh
 */
public class AbstractSemanticAnalyzerExecutor {
    protected static List<Operation> operationList;
    protected static int index;
    public static AbstractSyntaxTree abstractSyntaxTree;

    public AbstractSemanticAnalyzerExecutor() {
    }

    public AbstractSemanticAnalyzerExecutor(List<Operation> operationList) {
        AbstractSemanticAnalyzerExecutor.abstractSyntaxTree = new AbstractSyntaxTree();
        AbstractSemanticAnalyzerExecutor.operationList = operationList;
        AbstractSemanticAnalyzerExecutor.index = 0;
    }

    public void execute() {
        nextExecutor().execute();
    }

    protected final AbstractSemanticAnalyzerExecutor nextExecutor() {
        Operation operation = operationList.get(index);
        switch (operation.type) {
            case FUNCTION:
                return new FunctionExecutor();
            case INT:
                return new IntExecutor();
            case LEFT_LITTLE:
                return new LeftLittleExecutor();
            case RIGHT_LITTLE:
                return new RightLittleExecutor();
            case LEFT_LARGE:
                return new LeftLargeExecutor();
            case RIGHT_LARGE:
                return new RightLargeExecutor();
            case SEMICOLON:
                return new SemicolonExecutor();
            case ASSIGN:
                return new AssignExecutor();
            case ADD:
                return new AddExecutor();
            case INT_NUMBER:
                return new IntNumberExecutor();
            case VAR:
                return new VarExecutor();
            default:
                throw new UnsupportedOperationException("语义解析出错,执行器获取失败");
        }
    }

    protected final void addOperation(Operation operation) {
        Function function = abstractSyntaxTree.functionList.get(abstractSyntaxTree.functionList.size() - 1);
        if (function.blockList == null) {
            throw new UnsupportedOperationException("语义解析出错,语句块声明缺失");
        }
        Block block = function.blockList.get(function.blockList.size() - 1);
        if (block.operationList == null) {
            throw new UnsupportedOperationException("语义解析出错,语句块声明缺失");
        }
        block.operationList.add(new Operation(operation.type, operation.value));
    }
}

IR生成

package com.boot.compiler.util.ir.executor;

import com.boot.compiler.entity.AbstractSyntaxTree;
import com.boot.compiler.entity.Block;

/**
 * @author bbyh
 * @date 2024/3/10 16:30
 */
public class AbstractIrAnalyzerExecutor {
    public static AbstractSyntaxTree abstractSyntaxTree;
    public static int indexOfFunction;
    public static int indexOfBlock;

    public AbstractIrAnalyzerExecutor() {
    }

    public AbstractIrAnalyzerExecutor(AbstractSyntaxTree abstractSyntaxTree) {
        AbstractIrAnalyzerExecutor.abstractSyntaxTree = abstractSyntaxTree;
        AbstractIrAnalyzerExecutor.indexOfFunction = 0;
        AbstractIrAnalyzerExecutor.indexOfBlock = 0;
    }

    public void execute() {
        new FunctionExecutor().execute();
    }

    public final AbstractIrAnalyzerExecutor nextBlockExecutor() {
        Block block = abstractSyntaxTree.functionList.get(indexOfFunction).blockList.get(indexOfBlock);
        switch (block.blockType){
            case SEQUENCE:
                return new SequenceBlockExecutor();
            case CONDITION:
                return new ConditionBlockExecutor();
            case LOOP:
                return new LoopBlockExecutor();
            default:
                throw new UnsupportedOperationException("语法树解析出错,执行器获取失败");
        }
    }

}

效果展示

源程序
在这里插入图片描述

词法分析结果
在这里插入图片描述

抽象语法树结果
在这里插入图片描述

生成的IR(中间代码),以常见的汇编格式展示,并不是规范的ARM或x86格式
在这里插入图片描述

采用立即数表示的ADD操作,是因为我对其中的生成IR的实现还存有一些困难点没解决,后续会考虑修正该效果

Gitee链接

参见Gitee链接(WEB-OS-SYSTEM)

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引流关键词:缓存,高速缓存,cache, CCI,CMN,CCI-550,CCI-500,DSU,SCU,L1,L2,L3,system cache, Non-cacheable,Cacheable, non-shareable,inner-shareable,outer-shareable, optee、ATF、TF-A、Trustzone、optee3.14、MMU、VMSA、cache、TLB、arm、armv8、armv9、TEE、安全、内存…

ABA关键词选品,大卖成功打造亚马逊爆款的秘密武器

做亚马逊新手在产品方面容易出现的问题&#xff08;都说跨境7分靠选品&#xff0c;3分靠运营&#xff0c;如果品没选对&#xff0c;直接掉坑里&#xff09;&#xff1a; 比较盲目的上产品&#xff0c;没有进行详细的市场调研&#xff08;如目标市场&#xff0c;国情以及受众分析…

typescript简介和类型以及编译和打包配置以及类与对象的介绍

介绍ts JS 的超集 javascript 轻量级的变量约束 支持在任何支持JavaScript的平台执行 添加很多类型 提高大型项目的可维护性 最终会编译成JS。类似于预编译的处理类似于less,scss 搭建开发环境 1.下载Node.js 64位: https://nodejs.org/dist/v14.15.1/node-v14.15.1-x64 32位…