MiniJava語言編譯器的Golang實現。

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Dog-comp

Abstract

文章介紹一個編譯器的實現流程。源語言選用MiniJava. MiniJava是一個物件導向語言，支援繼承，對象建立等物件導向的特性。具體文法參考Tiger book 附錄。
Dog-comp是一個用golang實現的minijava編譯器，目前可以將minijava翻譯成c。dog-comp包括前端的lexer，parser，type-checking，codegen，後端還有基於minijava-AST的最佳化，基於控制流程圖的最佳化。為了滿足minijava物件導向的特性，Dog-comp還帶有一個runtime，實現了一個垃圾收集器。Dog-comp可以作為學習編譯器和語言最佳化的一個小工具。

lexer

雖然目前已經有了詞法分析器的產生器，但是Dog-comp使用了轉移圖(TDA)演算法手工實現lexer。

parser

Dog-comp的parser使用LL(1)。在Exp與Stm的處理上進行了文法改寫，避免了二義性。

elaborator

編譯器是一個典型的現行結構，類型檢查的輸入就是parser的輸出，也就是源語言的Ast。

codegen

在代碼產生的環節，將源語言的Ast翻譯成了C語言的Ast，時候將C-Ast進行列印，實際上就完成了翻譯。但是，這裡有幾個地方需要注意。將一個物件導向的語言翻譯成C這樣的語言，我們需要在中間做一些變換，這些變換實際上也就是物件導向語言的實現技術。

什麼是對象？

這裡要說對象到底是什麼。對象裡面可以有資料，還可以有函數，所以我們可以說對象是資料和操作這些資料的函數的集合。換到C語言裡面，對象不能僅僅用一個structure表示，這裡也就出現了虛函數表的概念。我們可以將資料和一個函數表組合成一個structure，這個structure其實就是java的對象。

Flattening

所謂的平坦化，就是將java的Class全部消除。顯然，在C裡面，所有的函數都是平坦的。

垃圾收集器

編譯產生的C檔案和runtime.c一起編譯成可執行檔，使得c帶有垃圾收集的功能。為了支援垃圾收集，必須在c的structure裡面在加入一些欄位，用於GC記錄對象的狀態。比如需要記錄這個對象中那些欄位是引用，這個對象是普通對象還是數組對象等等。

最佳化！

Dog-comp在源碼Ast層級上做了4個最佳化。

• 死類刪除

• 無作用程式碼刪除

• 代數化簡

• 常量摺疊

DeadClass Elimination

如所示，class Fac是一個根本沒有被用到的類，經過死類刪除之後，Fac被幹掉了。

DeadCode Elimination

的程式包含著無作用程式碼。顯然，if的else分支是不可能執行的，最後一個while也沒有執行的可能。所以經過無作用程式碼刪除，這兩段代碼會直接消失。

這裡有一個問題需要注意，while(true){}和while(false){}是否應該同樣對待呢？while(false)顯然是無作用程式碼，但是while(true)是否應該被刪除呢？答案是否定。

AlgSimp

代數化簡主要是針對運算，比如i=ab0*(a+2)/m),右側的運算式可以直接最佳化為0.

ConstFold

常量摺疊是在編譯期把常量上的運算做完。

的代碼中有很多可以最佳化的地方。執行完常量摺疊之後代碼如。

這裡可以觀察到，進行完常量摺疊之後，實際上有產生的無作用程式碼，程式可以繼續最佳化。所以這4個最佳化不停迴圈的作，直到達到不動點為止。

CFG

控制流程圖是一種方便最佳化的中間表示。如就是LinkedList.java中Equal函數的控制流程圖。

可以使用

dog-comp/$ ./dog-comp ../test/LinkedList.java -visualize svg 產生。