Джек Креншоу - Давайте создадим компилятор!

• Название: Давайте создадим компилятор!
• Автор: Джек Креншоу
• Жанр: Программирование

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.

---

procedure Factor;

begin

LoadConstant(GetNumber);

end;

end.

{–}

Как вы можете видеть, этот модуль вызывает процедуру LoadConstant, которая фактически выполняет вывод ассемблерного кода. Модуль также использует новый модуль CodeGen. Этот шаг представляет последнее главное изменение в нашей архитектуре с более ранних глав: перемещение машино-зависимого кода в отдельный модуль. Если я дойду до конца, вне CodeGen не будет ни одной строчки кода, которая указывала бы на то, что мы нацелены на процессор 68000. И это то место, которое показывает, что моя цель достижима.

Для тех из вас, кто желает, чтобы я использовал архитектуру 80x86 (или любую другую) вместо 68000, вот мой ответ: просто замените CodeGen на подходящий для вашего ЦПУ.

Пока наш генератор кода содержит только одну процедуру. Вот этот модуль:

{–}

unit CodeGen;

{–}

interface

uses Output;

procedure LoadConstant(n: string);

{–}

implementation

{–}

{ Load the Primary Register with a Constant }

procedure LoadConstant(n: string);

begin

EmitLn('MOVE #' + n + ',D0' );

end;

end.

{–}

Скопируйте и откомпилируйте этот модуль и выполните следующую основную программу:

{–}

program Main;

uses WinCRT, Input, Output, Errors, Scanner, Parser;

begin

Factor;

end.

{–}

Вот он, сгенерированный код, такой как мы и надеялись.

Теперь, я надеюсь, вы можете начать видеть преимущества модульной архитектуры нашего нового проекта. Здесь мы имеем основную программу длиной всего пять строк. Это все, что нам нужно видеть, если мы не захотим видеть больше. И пока все эти модули сидят здесь терпеливо ожидая когда смогут послужить нам. Наше преимущество в том, что мы имеем простой и короткий код, но мощных союзников. Что остается сделать, это расширить модули до уровня возможностей более ранних глав. Мы сделаем это в следующей главе, но прежде, чем я закончу, давайте закончим синтаксический анализ показателя только для того, чтобы убедить себя, что мы знаем как. Конечная версия CodeGen включает новую процедуру LoadVariable:

{–}

unit CodeGen;

{–}

interface

uses Output;

procedure LoadConstant(n: string);

procedure LoadVariable(Name: string);

{–}

implementation

{–}

{ Load the Primary Register with a Constant }

procedure LoadConstant(n: string);

begin

EmitLn('MOVE #' + n + ',D0' );

end;

{–}

{ Load a Variable to the Primary Register }

procedure LoadVariable(Name: string);

begin

EmitLn('MOVE ' + Name + '(PC),D0');

end;

end.

{–}

Сам модуль Parser не изменяется, но мы имеем более сложную версию процедуры Factor:

{–}

{ Parse and Translate a Factor }

procedure Factor;

begin

if IsDigit(Look) then

LoadConstant(GetNumber)

else if IsAlpha(Look)then

LoadVariable(GetName)

else

Error('Unrecognized character ' + Look);

end;

{–}

Теперь, без изменений основной программы, вы должны обнаружить, что программа обрабатывает и переменный и постоянный показатель. К этому моменту наша архитектура почти завершена; у нас есть модули, выполняющие всю грязную работу и достаточно кода в синтаксическом анализаторе и генераторе кода чтобы продемонстрировать что все работает. Остается расширить модули которые мы определили, в особенности синтаксический анализатор и генератор кода, для поддержки более сложных синтаксических элементов, которые составляют настоящий язык. Так как мы делали это много раз прежде в предыдущих главах, не должно занять у нас много времени вернуться назад к тому месту, где мы были до долгого перерыва. Мы продолжим этот процесс в Главе 16, которая скоро появится. Увидимся.

Ссылки

Crenshaw, J.W., «Object-Oriented Design of Assemblers and Compilers,» Proc. Software Development '91 Conference, Miller Freeman, San Francisco, CA, February 1991, pp. 143-155.

Crenshaw, J.W., «A Perfect Marriage,» Computer Language, Volume 8, #6, June 1991, pp. 44-55.

Crenshaw, J.W., «Syntax-Driven Object-Oriented Design,» Proc. 1991 Embedded Systems Conference, Miller Freeman, San Francisco, CA, September 1991, pp. 45-60.

Конструирование модулей

Введение

Эта обучающая серия обещает стать возможно одной из самых долгоиграющих мини-серий в истории, конкурирующей только с задержкой на Томе IV Кнута. Начатая в 1988, эта серия вошла в четырехлетнюю паузу в 1990, когда «заботы мира сего», изменения в приоритетах и интересах и необходимость зарабатывать на жизнь казалось забросили ее после Главы 14. Долготерпевшие из вас были наконец вознаграждены весной прошлого года долгожданной Главой 15. В ней я начал попытку поставить серию обратно на рельсы и по ходу дела сделать ее проще для достижения цели, которая состоит в том, чтобы обеспечить вас не только достаточным пониманием трудных тем теории компиляции, но также достаточными инструментами в виде фиксированных подпрограмм и концепций, так чтобы вы были способны продолжать самостоятельно и стали достаточно опытными для того, чтобы создавать свои собственные синтаксические анализаторы и трансляторы. Из-за этой длинной паузы я подумал что следует вернуться назад и повторно рассмотреть концепции, которые мы до этого охватили а также заново сделать некоторые части программы. В прошлом мы никогда сильно не касались разработки программных инструментов промышленного качества... в конце концов я пытался обучать (и обучаться) концепциям, а не промышленной практике. Чтобы сделать это я старался давать вам не законченные компиляторы и анализаторы, а только те отрывки кода, которые иллюстрировали частные случаи, которые мы рассматривали в текущий момент.

Я все еще верю, что это хороший способ изучения любого вопроса; никто не захочет вносить в изменения в программу в 100,000 строк только для того чтобы попробовать новую идею. Но идея работы с обрывками кода а не полными программами также имеет свои недостатки из-за которых мы писали те же самые фрагменты кода много раз. Хотя было полностью доказано, что повторение является хорошим способом обучения новым идеям, также правда и то, что оно может быть не слишком хорошей вещью. Ко времени, когда я завершил Главу 14, я казалось достиг пределов своих способностей манипулировать множеством файлов и множественными версиями тех же самых программ. Кто знает, может быть это одна из причин, по которым я кажется выдохся в то время.

К счастью, более поздние версии Borland Turbo Pascal позволяют нам получить и съесть свой кусок пирога. Используя их концепцию раздельно компилируемых модулей мы все еще можем писать маленькие подпрограммы и функции и сохранять наши основные и тестовые программы маленькими и простыми. Но, однажды написанный, код в модулях Паскаля будет всегда там для нашего использования и его связывание абсолютно безболезненно и прозрачно.

Так как к настоящему времени большинство из вас программируют на C или C++, я знаю, что вы подумаете: Borland с их Turbo Pascal конечно не изобретали понятие раздельно компилируемых модулей. И, конечно, вы правы. Но если вы не использовали TP в последнее время или когда либо, вы можете не понять насколько безболезненный весь этот процесс. Даже в C или C++ вы все еще должны формировать make файл, или вручную, или сообщая компилятору как это сделать. Вы должны также перечислить, используя утверждение «extern» или заголовочные файлы, функции, которые вы хотите импортировать. В TP вы не должны даже делать этого. Вам необходимы только имена модулей, которые вы желаете использовать, и все их процедуры автоматически становятся доступны.

У меня нет намерения заниматься здесь дебатами на тему войн языков, так что я не буду затрагивать эту тему в дальнейшем. Даже я больше не использую Pascal в своей работе... я использую C на работе и С++ для своих статей в Embedded Systems Programming и других журналах. Поверьте мне, когда я намеревался возродить эту серию, я думал долго и интенсивно о переключении и языка и целевой системы на те, которые мы все используем в эти дни, C/C++ и архитектуру PC и возможно также и объектно-ориентированные методы. В конце концов я понял, что это вызовет больше беспорядка, чем сам перерыв. И в конце концов, Pascal все еще остается одним из лучших возможных языков для обучения, не говоря о промышленном программировании. Наконец, TP все еще компилирует на скорости света, гораздо быстрее чем конкурирующие C/C++ компиляторы. А интеллектуальный компоновщик Borland, использованный в TP но не в их продуктах C++ не имеет аналогов. Кроме того, что он намного быстрее, чем Microsoft-совместимые компоновщики, Borland-овский интеллектульный компоновщик отберет неиспользуемые процедуры и элементы данных даже вплоть до вырезания их из определенных объектов если они не нужны. Один из редких моментов нашей жизни, когда мы не должны идти на компромисс между полнотой и эффективностью. Когда мы пишем модуль TP мы можем сделать его настолько полным как нам нравится, включая любые функции и элементы данных которые, как мы думаем, могут нам когда-либо понадобиться, уверенные, что это не будет создавать ненужного раздутия кода в откомпилированной выполнимой программе.

Главное в действительности в следующем: используя механизм модулей TP мы можем иметь все преимущества и удобства написания маленьких, на вид автономных тестовых программ, без необходимости постоянно переписывать необходимые функции поддержки. Однажды написанные, модули TP сидят там, тихонько ожидая возможности выполнить свой долг и дать нам необходимую поддержку, когда будет необходимо.