手把手教你做一个 C 语言编译器(6):函数定义

由于语法分析本身比较复杂,所以我们将它拆分成 3 个部分进行讲解,分别是:变量定义、函数定义、表达式。本章讲解函数定义相关的内容。

本系列:

  1. 手把手教你做一个 C 语言编译器(0):前言
  2. 手把手教你做一个 C 语言编译器(1):设计
  3. 手把手教你做一个 C 语言编译器(2):虚拟机
  4. 手把手教你做一个 C 语言编译器(3):词法分析器
  5. 手把手教你做一个 C 语言编译器(4):递归下降
  6. 手把手教你做一个 C 语言编译器(5):变量定义

EBNF 表示

这是上一章的 EBNF 方法中与函数定义相关的内容。

解析函数的定义

上一章的代码中,我们已经知道了什么时候开始解析函数的定义,相关的代码如下:

即在这断代码之前,我们已经为当前的标识符(identifier)设置了正确的类型,上面这断代码为当前的标识符设置了正确的类别(Fun),以及该函数在代码段(text segment)中的位置。接下来开始解析函数定义相关的内容:parameter_decl 及 body_decl

函数参数与汇编代码

现在我们要回忆如何将“函数”转换成对应的汇编代码,因为这决定了在解析时我们需要哪些相关的信息。考虑下列函数:

那么它应该被转换成什么样的汇编代码呢?在思考这个问题之前,我们需要了解当 demo函数被调用时,计算机的栈的状态,如下(参照第三章讲解的虚拟机):

这里最为重要的一点是,无论是函数的参数(如 param_a)还是函数的局部变量(如local_1)都是存放在计算机的  上的。因此,与存放在 数据段 中的全局变量不同,在函数内访问它们是通过 new_bp 指针和对应的位移量进行的。因此,在解析的过程中,我们需要知道参数的个数,各个参数的位移量。

函数定义的解析

这相当于是整个函数定义的语法解析的框架,代码如下:

其中①中我们没有消耗最后的}字符。这么做的原因是:variable_decl 与 function_decl是放在一起解析的,而 variable_decl 是以字符 ; 结束的。而 function_decl 是以字符 }结束的,若在此通过 match 消耗了 ‘;’ 字符,那么外层的 while 循环就没法准确地知道函数定义已经结束。所以我们将结束符的解析放在了外层的 while 循环中。

而②中的代码是用于将符号表中的信息恢复成全局的信息。这是因为,局部变量是可以和全局变量同名的,一旦同名,在函数体内局部变量就会覆盖全局变量,出了函数体,全局变量就恢复了原先的作用。这段代码线性地遍历所有标识符,并将保存在 BXXX 中的信息还原。

解析参数

解析函数的参数就是解析以逗号分隔的一个个标识符,同时记录它们的位置与类型。

其中①与全局变量定义的解析十分一样,用于解析该参数的类型。

而②则与上节中提到的“局部变量覆盖全局变量”相关,先将全局变量的信息保存(无论是是否真的在全局中用到了这个变量)在 BXXX 中,再赋上局部变量相关的信息,如 Value 中存放的是参数的位置(是第几个参数)。

③则与汇编代码的生成有关,index_of_bp 就是前文提到的 new_bp 的位置。

函数体的解析

我们实现的 C 语言与现代的 C 语言不太一致,我们需要所有的变量定义出现在所有的语句之前。函数体的代码如下:

其中①用于解析函数体内的局部变量的定义,代码与全局的变量定义几乎一样。

而②则用于生成汇编代码,我们在第三章的虚拟机中提到过,我们需要在栈上为局部变量预留空间,这两行代码起的就是这个作用。

代码

本章的代码可以在 Github 上下载,也可以直接 clone

本章的代码依旧无法运行,还有两个重要函数没有完成:statement 及 expression,感兴趣的话可以尝试自己实现它们。

小结

本章中我们用了不多的代码完成了函数定义的解析。大部分的代码依旧是用于解析变量:参数和局部变量,而它们的逻辑和全局变量的解析几乎一致,最大的区别就是保存的信息不同。

当然,要理解函数定义的解析过程,最重要的是理解我们会为函数生成怎样的汇编代码,因为这决定了我们需要从解析中获取什么样的信息(例如参数的位置,个数等),而这些可能需要你重新回顾一下“虚拟机”这一章,或是重新学习学习汇编相关的知识。

下一章中我们将讲解最复杂的表达式的解析,同时也是整个编译器最后的部分,敬请期待。

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