整个编译器还剩下最后两个部分:语句和表达式的解析。它们的内容比较多,主要涉及如何将语句和表达式编译成汇编代码。这章讲解语句的解析,相对于表达式来说它还是较为容易的。

手把手教你构建 C 语言编译器系列共有10个部分:

  1. 手把手教你构建 C 语言编译器(0)——前言
  2. 手把手教你构建 C 语言编译器(1)——设计
  3. 手把手教你构建 C 语言编译器(2)——虚拟机
  4. 手把手教你构建 C 语言编译器(3)——词法分析器
  5. 手把手教你构建 C 语言编译器(4)——递归下降
  6. 手把手教你构建 C 语言编译器(5)——变量定义
  7. 手把手教你构建 C 语言编译器(6)——函数定义
  8. 手把手教你构建 C 语言编译器(7)——语句
  9. 手把手教你构建 C 语言编译器(8)——表达式
  10. 手把手教你构建 C 语言编译器(9)——总结

语句

C 语言区分“语句”(statement)和“表达式”(expression)两个概念。简单地说,可以认为语句就是表达式加上末尾的分号。

在我们的编译器中共识别 6 种语句:

  1. if (...) <statement> [else <statement>]
  2. while (...) <statement>
  3. { <statement> }
  4. return xxx;
  5. <empty statement>;
  6. expression; (expression end with semicolon)

它们的语法分析都相对容易,重要的是去理解如何将这些语句编译成汇编代码,下面我们逐一解释。

IF 语句

IF 语句的作用是跳转,跟据条件表达式决定跳转的位置。我们看看下面的伪代码:

if (...) <statement> [else <statement>]
if (<cond>) <cond>
JZ a
<true_statement> ===> <true_statement>
else: JMP b
a: a:
<false_statement> <false_statement>
b: b:

对应的汇编代码流程为:

  1. 执行条件表达式 <cond>
  2. 如果条件失败,则跳转到 a 的位置,执行 else 语句。这里 else 语句是可以省略的,此时 ab 都指向 IF 语句后方的代码。
  3. 因为汇编代码是顺序排列的,所以如果执行了 true_statement,为了防止因为顺序排列而执行了 false_statement,所以需要无条件跳转 JMP b

对应的 C 代码如下:

if (token == If) {
match(If);
match('(');
expression(Assign); // parse condition
match(')');
*++text = JZ;
b = ++text;
statement(); // parse statement
if (token == Else) { // parse else
match(Else);
// emit code for JMP B
*b = (int)(text + 3);
*++text = JMP;
b = ++text;
statement();
}
*b = (int)(text + 1);
}

While 语句

While 语句比 If 语句简单,它对应的汇编代码如下:

a: a:
while (<cond>) <cond>
JZ b
<statement> <statement>
JMP a
b: b:

没有什么值得说明的内容,它的 C 代码如下:

else if (token == While) {
match(While);
a = text + 1;
match('(');
expression(Assign);
match(')');
*++text = JZ;
b = ++text;
statement();
*++text = JMP;
*++text = (int)a;
*b = (int)(text + 1);
}

Return 语句

Return 唯一特殊的地方是:一旦遇到了 Return 语句,则意味着函数要退出了,所以需要生成汇编代码 LEV 来表示退出。

else if (token == Return) {
// return [expression];
match(Return);
if (token != ';') {
expression(Assign);
}
match(';');
// emit code for return
*++text = LEV;
}

其它语句

其它语句并不直接生成汇编代码,所以不多做说明,代码如下:

else if (token == '{') {
// { <statement> ... }
match('{');
while (token != '}') {
statement();
}
match('}');
}
else if (token == ';') {
// empty statement
match(';');
}
else {
// a = b; or function_call();
expression(Assign);
match(';');
}

代码

本章的代码可以在 Github 上下载,也可以直接 clone

git clone -b step-5 https://github.com/lotabout/write-a-C-interpreter

本章的代码依旧无法运行,还剩最后一部分没有完成:expression

小结

本章讲解了如何将语句编译成汇编代码,内容相对容易一些,关键就是去理解汇编代码的执行原理。

同时值得一提的是,编译器的语法分析部分其实是很简单的,而真正的难点是如何在语法分析时收集足够多的信息,最终把源代码转换成目标代码(汇编)。我认为这也是初学者实现编译器的一大难点,往往比词法分析/语法分析更困难。

所以建议如果没有学过汇编,可以学习学习,它本身不难,但对理解计算机的原理有很大帮助。