目 錄
第1章 開始製作編譯器 1
1.1 本書的概要 2
本書的主題 2
本書製作的編譯器 2
編譯示例 2
可執行文件 3
編譯 4
程序運行環境 6
1.2 編譯過程 8
編譯的4 個階段 8
語法分析 8
語義分析 9
生成中間代碼 9
代碼生成 10
優化 10
總結 10
1.3 使用CЬ編譯器進行編譯 11
CЬ編譯器的必要環境 11
安裝CЬ編譯器 11
CЬ的Hello, World! 12
第2章 CЬ和cbc 13
2.1 CЬ語言的概要 14
CЬ的Hello, World ！ 14
CЬ中刪減的功能 14
import 關鍵字 15
導入文件的規範 16
2.2 CЬ編譯器cbc 的構成 17
cbc 的代碼樹 17
cbc 的包 18
compiler 包中的類群 18
main 函數的實現 19
commandMain 函數的實現 19
Java5 泛型 20
build 函數的實現 20
Java 5 的foreach 語句 21
compile 函數的實現 21
第1部分 代碼分析
第3章 語法分析的概要 24
3.1 語法分析的方法 25
代碼分析中的問題點 25
代碼分析的一般規律 25
詞法分析、語法分析、語義分析 25
掃描器的動作 26
單詞的種類和語義值 27
token 28
抽象語法樹和節點 29
3.2 解析器生成器 30
什麼是解析器生成器 30
解析器生成器的種類 30
解析器生成器的選擇 31
3.3 JavaCC 的概要 33
什麼是JavaCC 33
語法描述文件 33
語法描述文件的例子 34
運行JavaCC 35
啓動JavaCC 所生成的解析器 36
中文的處理 37
第4章 詞法分析 39
4.1 基於JavaCC 的掃描器的描述 40
本章的目的 40
JavaCC 的正則錶達式 40
固定字符串 41
連接 41
字符組 41
排除型字符組 41
重復1 次或多次 42
重復0 次或多次 42
重復n 次到m 次 42
正好重復n 次 43
可以省略 43
選擇 43
4.2 掃描沒有結構的單詞 44
TOKEN 命令 44
掃描標識符和保留字 44
選擇匹配規則 45
掃描數值 46
4.3 掃描不生成token 的單詞 48
SKIP 命令和SPECIAL_TOKEN 命令 48
跳過空白符 48
跳過行注釋 49
4.4 掃描具有結構的單詞 50
最長匹配原則和它的問題 50
基於狀態遷移的掃描 50
MORE 命令 51
跳過塊注釋 52
掃描字符串字麵量 53
掃描字符字麵量 53
第5章 基於JavaCC 的解析器的描述 55
5.1 基於EBNF 語法的描述 56
本章的目的 56
基於JavaCC 的語法描述 56
終端符和非終端符 57
JavaCC 的EBNF 錶示法 58
連接 58
重復0 次或多次 59
重復1 次或多次 59
選擇 60
可以省略 60
5.2 語法的二義性和token 的超前掃描 61
語法的二義性 61
JavaCC 的局限性 62
提取左側共通部分 63
token 的超前掃描 63
可以省略的規則和衝突 64
重復和衝突 65
更靈活的超前掃描 66
超前掃描的相關注意事項 66
第6章 語法分析 68
6.1 定義的分析 69
錶示程序整體的符號 69
語法的單位 69
import 聲明的語法 70
各類定義的語法 71
變量定義的語法 72
函數定義的語法 73
結構體定義和聯閤體定義的語法 74
結構體成員和聯閤體成員的語法 75
typedef 語句的語法 76
類型的語法 76
C 語言和CЬ在變量定義上的區彆 77
基本類型的語法 77
6.2 語句的分析 79
語句的語法 79
if 語句的語法 80
省略if 語句和大括號 80
while 語句的語法 81
for 語句的語法 81
各類跳轉語句的語法 82
6.3 錶達式的分析 83
錶達式的整體結構 83
expr 的規則 83
條件錶達式 84
二元運算符 85
6.4 項的分析 88
項的規則 88
前置運算符的規則 88
後置運算符的規則 89
字麵量的規則 89
第2部分 抽象語法樹和中間代碼
第7章 JavaCC 的action 和抽象語法樹 92
7.1 JavaCC 的action 93
本章的目的 93
簡單的action 93
執行action 的時間點 93
返迴語義值的action 95
獲取終端符號的語義值 95
Token 類的屬性 96
獲取非終端符號的語義值 98
語法樹的結構 99
選擇和action 99
重復和action 100
本節總結 102
7.2 抽象語法樹和節點 103
Node 類群 103
Node 類的定義 105
抽象語法樹的錶示 105
基於節點錶示錶達式的例子 107
第8章 抽象語法樹的生成 110
8.1 錶達式的抽象語法樹 111
字麵量的抽象語法樹 111
類型的錶示 112
為什麼需要TypeRef 類 113
一元運算的抽象語法樹 114
二元運算的抽象語法樹 116
條件錶達式的抽象語法樹 117
賦值錶達式的抽象語法樹 118
8.2 語句的抽象語法樹 121
if 語句的抽象語法樹 121
while 語句的抽象語法樹 122
程序塊的抽象語法樹 123
8.3 聲明的抽象語法樹 125
變量聲明列錶的抽象語法樹 125
函數定義的抽象語法樹 126
錶示聲明列錶的抽象語法樹 127
錶示程序整體的抽象語法樹 128
外部符號的import 128
總結 129
8.4 cbc 的解析器的啓動 132
Parser 對象的生成 132
文件的解析 133
解析器的啓動 134
第9章 語義分析（1）引用的消解 135
9.1 語義分析的概要 136
本章目的 136
抽象語法樹的遍曆 137
不使用Visitor 模式的抽象語法樹的處理 137
基於Visitor 模式的抽象語法樹的處理 138
Vistor 模式的一般化 140
cbc 中Visitor 模式的實現 141
語義分析相關的cbc 的類 142
9.2 變量引用的消解 144
問題概要 144
實現的概要 144
Scope 樹的結構 145
LocalResolver 類的屬性 146
LocalResolver 類的啓動 146
變量定義的添加 147
函數定義的處理 148
pushScope 方法 149
currentScope 方法 149
popScope 方法 150
添加臨時作用域 150
建立VariableNode 和變量定義的關聯 151
從作用域樹取得變量定義 151
9.3 類型名稱的消解 153
問題概要 153
實現的概要 153
TypeResolver 類的屬性 153
TypeResolver 類的啓動 154
類型的聲明 154
類型和抽象語法樹的遍曆 155
變量定義的類型消解 156
函數定義的類型消解 157
第10章 語義分析（2）靜態類型檢查 159
10.1 類型定義的檢查 160
問題概要 160
實現的概要 161
檢測有嚮圖中的閉環的算法 162
結構體、聯閤體的循環定義檢查 163
10.2 錶達式的有效性檢查 165
問題概要 165
實現的概要 165
DereferenceChecker 類的啓動 166
SemanticError 異常的捕獲 167
非指針類型取值操作的檢查 167
獲取非左值錶達式地址的檢查 168
隱式的指針生成 169
10.3 靜態類型檢查 170
問題概要 170
實現的概要 170
CЬ中操作數的類型 171
隱式類型轉換 172
TyperChecker 類的啓動 173
二元運算符的類型檢查 174
隱式類型轉換的實現 175
第11章 中間代碼的轉換 178
11.1 cbc 的中間代碼 179
組成中間代碼的類 180
中間代碼節點類的屬性 181
中間代碼的運算符和類型 182
各類中間代碼 183
中間代碼的意義 184
11.2 IRGenerator 類的概要 185
抽象語法樹的遍曆和返迴值 185
IRGenerator 類的啓動 185
函數本體的轉換 186
作為語句的錶達式的判彆 187
11.3 流程控製語句的轉換 189
if 語句的轉換（1）概要 189
if 語句的轉換（2）沒有else 部分的情況 190
if 語句的轉換（3）存在else 部分的情況 191
while 語句的轉換 191
break 語句的轉換（1）問題的定義 192
break 語句的轉換（2）實現的方針 193
break 語句的轉換（3）實現 194
11.4 沒有副作用的錶達式的轉換 196
UnaryOpNode 對象的轉換 196
BinaryOpNode 對象的轉換 197
指針加減運算的轉換 198
11.5 左值的轉換 200
左邊和右邊 200
左值和右值 200
cbc 中左值的錶現 201
結構體成員的偏移 202
成員引用（expr.memb）的轉換 203
左值轉換的例外：數組和函數 204
成員引用的錶達式（ptr->memb）的轉換 205
11.6 存在副作用的錶達式的轉換 206
錶達式的副作用 206
有副作用的錶達式的轉換方針 206
簡單賦值錶達式的轉換（1）語句 207
臨時變量的引入 208
簡單賦值錶達式的轉換（2）錶達式 209
後置自增的轉換 210
第3部分 匯編代碼
第12章 x86 架構的概要 214
12.1 計算機的係統結構 215
CPU 和存儲器 215
寄存器 215
地址 216
物理地址和虛擬地址 216
各類設備 217
緩存 218
12.2 x86 係列CPU 的曆史 220
x86 係列CPU 220
32 位CPU 220
指令集 221
IA-32 的變遷 222
IA-32 的64 位擴展——AMD64 222
12.3 IA-32 的概要 224
IA-32 的寄存器 224
通用寄存器 225
機器棧 226
機器棧的操作 227
機器棧的用途 227
棧幀 228
指令指針 229
標誌寄存器 229
12.4 數據的錶現形式和格式 231
無符號整數的錶現形式 231
有符號整數的錶現形式 231
負整數的錶現形式和二進製補碼 232
字節序 233
對齊 233
結構體的錶現形式 234
第13章 x86 匯編器編程 236
13.1 基於GNU 匯編器的編程 237
GNU 匯編器 237
匯編語言的Hello, World! 237
基於GNU 匯編器的匯編代碼 238
13.2 GNU 匯編器的語法 240
匯編版的Hello, World! 240
指令 241
匯編僞操作 241
標簽 241
注釋 242
助記符後綴 242
各種各樣的操作數 243
間接內存引用 244
x86 指令集的概要 245
13.3 傳輸指令 246
mov 指令 246
push 指令和pop 指令 247
lea 指令 248
movsx 指令和movzx 指令 249
符號擴展和零擴展 250
13.4 算術運算指令 251
add 指令 251
進位標誌 252
sub 指令 252
imul 指令 252
idiv 指令和div 指令 253
inc 指令 254
dec 指令 255
neg 指令 255
13.5 位運算指令 256
and 指令 256
or 指令 257
xor 指令 257
not 指令 257
sal 指令 258
sar 指令 258
shr 指令 259
13.6 流程的控製 260
jmp 指令 260
條件跳轉指令（jz、jnz、je、jne、……） 261
cmp 指令 262
test 指令 263
標誌位獲取指令（SETcc） 263
call 指令 264
ret 指令 265
第14章 函數和變量 266
14.1 程序調用約定 267
什麼是程序調用約定 267
Linux/x86 下的程序調用約定 267
14.2 Linux/x86 下的函數調用 269
到函數調用完成為止 269
到函數開始執行為止 270
到返迴原處理流程為止 271
到清理操作完成為止 271
函數調用總結 272
14.3 Linux/x86 下函數調用的細節 274
寄存器的保存和復原 274
caller-save 寄存器和callee-save 寄存器 274
caller-save 寄存器和callee-save 寄存器的靈活應用 275
大數值和浮點數的返迴方法 276
其他平颱的程序調用約定 277
第15章 編譯錶達式和語句 278
15.1 確認編譯結果 279
利用cbc 進行確認的方法 279
利用gcc 進行確認的方法 280
15.2 x86 匯編的對象與DSL 282
錶示匯編的類 282
錶示匯編對象 283
15.3 cbc 的x86 匯編DSL 285
利用DSL 生成匯編對象 285
錶示寄存器 286
錶示立即數和內存引用 287
錶示指令 287
錶示匯編僞操作、標簽和注釋 288
15.4 CodeGenerator 類的概要 290
CodeGenerator 類的字段 290
CodeGenerator 類的處理概述 290
實現compileStmts 方法 291
cbc 的編譯策略 292
15.5 編譯單純的錶達式 294
編譯Int 節點 294
編譯Str 節點 294
編譯Uni 節點(1) 按位取反 295
編譯Uni 節點(2) 邏輯非 297
15.6 編譯二元運算 298
編譯Bin 節點 298
實現compileBinaryOp 方法 299
實現除法和餘數 300
實現比較運算 300
15.7 引用變量和賦值 301
編譯Var 節點 301
編譯Addr 節點 302
編譯Mem 節點 303
編譯Assign 節點 303
15.8 編譯jump 語句 305
編譯LabelStmt 節點 305
編譯Jump 節點 305
編譯CJump 節點 305
編譯Call 節點 306
編譯Return 節點 307
第16章 分配棧幀 308
16.1 操作棧 309
cbc 中的棧幀 309
棧指針操作原則 310
函數體編譯順序 310
16.2 參數和局部變量的內存分配 312
本節概述 312
參數的內存分配 312
局部變量的內存分配：原則 313
局部變量的內存分配 314
處理作用域內的局部變量 315
對齊的計算 316
子作用域變量的內存分配 316
16.3 利用虛擬棧分配臨時變量 318
虛擬棧的作用 318
虛擬棧的接口 319
虛擬棧的結構 319
virtualPush 方法的實現 320
VirtualStack#extend 方法的實現 320
VirtualStack#top 方法的實現 321
virtualPop 方法的實現 321
VirtualStack#rewind 方法的實現 321
虛擬棧的運作 322
16.4 調整棧訪問的偏移量 323
本節概要 323
StackFrameInfo 類 323
計算正在使用的callee-save 寄存器 324
計算臨時變量區域的大小 325
調整局部變量的偏移量 325
調整臨時變量的偏移量 326
16.5 生成函數序言和尾聲 327
本節概要 327
生成函數序言 327
生成函數尾聲 328
16.6 alloca 函數的實現 330
什麼是alloca 函數 330
實現原則 330
alloca 函數的影響 331
alloca 函數的實現 331
第17章 優化的方法 333
17.1 什麼是優化 334
各種各樣的優化 334
優化的案例 334
常量摺疊 334
代數簡化 335
降低運算強度 335
削除共同子錶達式 335
消除無效語句 336
函數內聯 336
17.2 優化的分類 337
基於方法的優化分類 337
基於作用範圍的優化分類 337
基於作用階段的優化分類 338
17.3 cbc 中的優化 339
cbc 中的優化原則 339
cbc 中實現的優化 339
cbc 中優化的實現 339
17.4 更深層的優化 341
基於模式匹配選擇指令 341
分配寄存器 342
控製流分析 342
大規模的數據流分析和SSA 形式 342
總結 343
第4部分 鏈接和加載
第18章 生成目標文件 346
18.1 ELF 文件的結構 347
ELF 的目的 347
ELF 的節和段 348
目標文件的主要ELF 節 348
使用readelf 命令輸齣節頭 349
使用readelf 命令輸齣程序頭 350
使用readelf 命令輸齣符號錶 351
readelf 命令的選項 351
什麼是DWARF 格式 352
18.2 全局變量及其在ELF 文件中的錶示 354
分配給任意ELF 節 354
分配給通用ELF 節 354
分配.bss 節 355
通用符號 355
記錄全局變量對應的符號 357
記錄符號的附加信息 357
記錄通用符號的附加信息 358
總結 358
18.3 編譯全局變量 360
generate 方法的實現 360
generateAssemblyCode 方法的實現 360
編譯全局變量 361
編譯立即數 362
編譯通用符號 363
編譯字符串字麵量 364
生成函數頭 365
計算函數的代碼大小 366
總結 366
18.4 生成目標文件 367
as 命令調用的概要 367
引用GNUAssembler 類 367
調用as 命令 367
第19章 鏈接和庫 369
19.1 鏈接的概要 370
鏈接的執行示例 370
gcc 和GNU ld 371
鏈接器處理的文件 372
常用庫 374
鏈接器的輸入和輸齣 374
19.2 什麼是鏈接 375
鏈接時進行的處理 375
閤並節 375
重定位 376
符號消解 377
19.3 動態鏈接和靜態鏈接 379
兩種鏈接方法 379
動態鏈接的優點 379
動態鏈接的缺點 380
動態鏈接示例 380
靜態鏈接示例 381
庫的檢索規則 381
19.4 生成庫 383
生成靜態庫 383
Linux 中共享庫的管理 383
生成共享庫 384
鏈接生成的共享庫 385
第20章 加載程序 387
20.1 加載ELF 段 388
利用mmap 係統調用進行文件映射 388
進程的內存鏡像 389
內存空間的屬性 390
ELF 段對應的內存空間 390
和ELF 文件不對應的內存空間 392
ELF 文件加載的實現 393
20.2 動態鏈接過程 395
動態鏈接加載器 395
程序從啓動到終止的過程 395
啓動ld.so 396
係統內核傳遞的信息 397
AUX 矢量 397
讀入共享庫 398
符號消解和重定位 399
運行初始化代碼 400
執行主程序 401
執行終止處理 402
ld.so 解析的環境變量 402
20.3 動態加載 404
所謂動態加載 404
Linux 下的動態加載 404
動態加載的架構 405
20.4 GNU ld 的鏈接 406
用於cbc 的ld 選項的結構 406
C 運行時 407
生成可執行文件 408
生成共享庫 408
第21章 生成地址無關代碼 410
21.1 地址無關代碼 411
什麼是地址無關代碼 411
全局偏移錶（GOT） 412
獲取GOT 地址 412
使用GOT 地址訪問全局變量 413
訪問使用GOT 地址的文件內部的全局變量 414
過程鏈接錶（PLT） 414
調用PLT 入口 416
地址無關的可執行文件：PIE 416
21.2 全局變量引用的實現 418
獲取GOT 地址 418
PICThunk 函數的實現 418
刪除重復函數並設置不可見屬性 419
加載GOT 地址 420
locateSymbols 函數的實現 421
全局變量的引用 421
訪問全局變量：地址無關代碼的情況下 422
函數的符號 423
字符串常量的引用 424
21.3 鏈接器調用的實現 425
生成可執行文件 425
generateSharedLibrary 方法 426
21.4 從程序解析到執行 428
build 和加載的過程 428
詞法分析 429
語法分析 429
生成中間代碼 430
生成代碼 431
匯編 432
生成共享庫 432
生成可執行文件 433
加載 433
第22章 擴展閱讀 434
22.1 參考書推薦 435
編譯器相關 435
語法分析相關 435
匯編語言相關 436
22.2 鏈接、加載相關 437
22.3 各種編程語言的功能 438
異常封裝相關的圖書 438
垃圾迴收 438
垃圾迴收相關的圖書 439
麵嚮對象編程語言的實現 439
函數式語言 440
附 錄 441
A.1 參考文獻 442
A.2 在綫資料 444
A.3 源代碼 445
· · · · · · (
收起)
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