Давайте создадим компилятор!
Давайте создадим компилятор! читать книгу онлайн
Эта серия, написанная в период с 1988 по 1995 года и состоящая из шестнадцати частей, является нетехническим введением в конструирование компиляторов. Серия является руководством по теории и практике разработки синтаксических анализаторов и компиляторов языков программирования. До того как вы закончите чтение этой книги, вы раскроете каждый аспект конструирования компиляторов, разработаете новый язык программирования и создадите работающий компилятор.
Внимание! Книга может содержать контент только для совершеннолетних. Для несовершеннолетних чтение данного контента СТРОГО ЗАПРЕЩЕНО! Если в книге присутствует наличие пропаганды ЛГБТ и другого, запрещенного контента - просьба написать на почту [email protected] для удаления материала
<term> ::= <factor> [ <mulop> <factor ]*
Что такое показатель? На данный момент это тоже, чем был раннее терм – одиночной цифрой.
Обратите внимание: терм имеет ту же форму, что и выражение. Фактически, мы можем добавить это в наш компилятор осторожно скопировав и переименовав. Но во избежание неразберихи ниже приведен полный листинг всех подпрограмм анализатора. (Заметьте способ, которым мы изменяем порядок операндов в Divide.)
{–}
{ Parse and Translate a Math Factor }
procedure Factor;
begin
EmitLn('MOVE #' + GetNum + ',D0')
end;
{–}
{ Recognize and Translate a Multiply }
procedure Multiply;
begin
Match('*');
Factor;
EmitLn('MULS (SP)+,D0');
end;
{–}
{ Recognize and Translate a Divide }
procedure Divide;
begin
Match('/');
Factor;
EmitLn('MOVE (SP)+,D1');
EmitLn('DIVS D1,D0');
end;
{–}
{ Parse and Translate a Math Term }
procedure Term;
begin
Factor;
while Look in ['*', '/'] do begin
EmitLn('MOVE D0,-(SP)');
case Look of
'*': Multiply;
'/': Divide;
else Expected('Mulop');
end;
end;
end;
{–}
{ Recognize and Translate an Add }
procedure Add;
begin
Match('+');
Term;
EmitLn('ADD (SP)+,D0');
end;
{–}
{ Recognize and Translate a Subtract }
procedure Subtract;
begin
Match('-');
Term;
EmitLn('SUB (SP)+,D0');
EmitLn('NEG D0');
end;
{–}
{ Parse and Translate an Expression }
procedure Expression;
begin
Term;
while Look in ['+', '-'] do begin
EmitLn('MOVE D0,-(SP)');
case Look of
'+': Add;
'-': Subtract;
else Expected('Addop');
end;
end;
end;
{–}
Конфетка! Почти работающий транслятор в 55 строк Паскаля! Получаемый код начинает выглядеть действительно полезным, если не обращать внимание на неэффективность. Запомните, мы не пытаемся создавать сейчас самый компактный код.
Круглые скобки
Мы можем закончить эту часть синтаксического анализатора добавив поддержку круглых скобок. Как вы знаете, скобки являются механизмом принудительного изменения приоритета операторов. Так, например, в выражении
2*(3+4) ,
скобки заставляют выполнять сложение перед умножением. Но, что гораздо более важно, скобки дают нам механизм для определения выражений любой степени сложности, как, например
(1+2)/((3+4)+(5-6))
Ключом к встраиванию скобок в наш синтаксический анализатор является понимание того, что не зависимо от того, как сложно выражение, заключенное в скобки, для остальной части мира оно выглядит как простой показатель. Это одна из форм для показателя:
<factor> ::= (<expression>)
Здесь появляется рекурсия. Выражение может содержать показатель, который содержит другое выражение, которое содержит показатель и т.д. до бесконечности.
Сложно это или нет, мы должны позаботиться об этом, добавив несколько строчек в процедуру Factor:
{–}
{ Parse and Translate a Math Factor }
procedure Expression; Forward;
procedure Factor;
begin
if Look = '(' then begin
Match('(');
Expression;
Match(')');
end
else
EmitLn('MOVE #' + GetNum + ',D0');
end;
{–}
Заметьте снова, как легко мы можем дополнять синтаксический анализатор, и как хорошо код Паскаля соответствует синтаксису БНФ.
Как обычно, откомпилируйте новую версию и убедитесь, что анализатор корректно распознает допустимые предложения и отмечает недопустимые сообщениями об ошибках.
Унарный минус
На данном этапе мы имеем синтаксический анализатор, который поддерживает почти любые выражения, правильно? ОК, тогда испробуйте следующее предложение:
–1
Опс! Он не работает, не правда ли? Процедура Expression ожидает, что все числа будут целыми и спотыкается на знаке минус. Вы найдете, что +3 также не будет работать, так же как и что-нибудь типа:
–(3-2).
Существует пара способов для исправления этой проблемы. Самый легкий (хотя и не обязательно самый лучший) способ – вставить ноль в начало выражения, так чтобы -3 стал 0-3. Мы можем легко исправить это в существующей версии Expression:
{–}
{ Parse and Translate an Expression }
procedure Expression;
begin
if IsAddop(Look) then
EmitLn('CLR D0')
else
Term;
while IsAddop(Look) do begin
EmitLn('MOVE D0,-(SP)');
case Look of
'+': Add;
'-': Subtract;
else Expected('Addop');
end;
end;
end;
{–}
Я говорил вам, насколько легко мы сможем вносить изменения! На этот раз они стоили нам всего трех новых строчек Паскаля. Обратите внимание на появление ссылки на новую функцию IsAddop. Как только проверка на addop появилась дважды, я решил выделить ее в отдельную функцию. Форма функции IsAddop должна быть аналогична форме функции IsAlpha. Вот она:
{–}
{ Recognize an Addop }
function IsAddop(c: char): boolean;
begin
IsAddop := c in ['+', '-'];
end;
{–}
ОК, внесите эти изменения в программу и повторно откомпилируйте. Вы должны также включить IsAddop в базовую копию программы Cradle. Она потребуется нам позже. Сейчас попробуйте снова ввести -1. Вау! Эффективность полученного кода довольно плохая… шесть строк кода только для того, чтобы загрузить простую константу… но, по крайней мере, правильно работает. Запомните, мы не пытаемся сделать замену Turbo Pascal.
На данном этапе мы почти завершили создание структуры нашего синтаксического анализатора выражений. Эта версия программы должна правильно распознавать и компилировать почти любое выражение, которое вы ей подсунете. Она все еще ограничена тем, что поддерживает показатели состоящие только из одной цифры. Но я надеюсь что теперь вы начинаете понимать, что мы можем расширять возможности синтаксического анализатора делая незначительные изменения. Вы возможно даже не будете удивлены, когда услышите, что переменная или даже вызов функции это просто один из видов показателя.
В следующей главе я покажу, как можно легко расширить наш синтаксический анализатор для поддержки всех этих возможностей, и я также покажу как легко мы можем добавить многосимвольные числа и имена переменных. Итак, вы видите, что мы совсем недалеко от действительно полезного синтаксического анализатора.
Слово об оптимизации
Раннее в этой главе я обещал дать несколько подсказок как мы можем повысить качество генерируемого кода. Как я сказал, получение компактного кода не является главной целью этой книги. Но вам нужно по крайней мере знать, что мы не зря проводим свое время… что мы действительно можем модифицировать анализатор для получения лучшего кода не выбрасывая то, что мы уже сделали к настоящему времени. Обычно небольшая оптимизация не слишком трудна… просто в синтаксический анализатор вставляется дополнительный код.
Существуют два основных метода, которые мы можем использовать:
Попытаться исправить код после того, как он сгенерирован.
Это понятие «щелевой» оптимизации. Основная идея в том, что известно какие комбинации инструкций компилятор собирается произвести и также известно которые из них «плохие» (такие как код для числа -1). Итак, все что нужно сделать – просканировать полученный код, найти такие комбинации инструкций и заменить их на более «хорошие». Это вид макрорасширений наоборот и прямой пример метода сопоставления с образцом. Единственная сложность в том, что может существовать множество таких комбинаций. Этот метод называется «щелевой» оптимизацией просто потому, что оптимизатор работает с маленькой группой инструкций. «Щелевая» оптимизация может драматически влиять на качество кода и не требует при этом больших изменений в структуре компилятора. Но все же за это приходится платить скоростью, размером и сложностью компилятора. Поиск всех комбинаций требует проверки множества условий, каждая из которых является источником ошибки. И, естественно, это требует много времени.
