一個簡陋的四則運算編譯器實現

本文很水。

有一天，我心血來潮想要寫一個將Common Lisp編譯成彙編（x64那種）的編譯器。我喜歡Common Lisp這門語言，它很是好玩，有許多有趣的特性（宏、condition system等），而且它的生態很貧瘠，有不少造輪子的機會。由於我懂的還不夠多，因此無法從源代碼一步到位生成可執行文件，只好先輸出彙編代碼，再利用現成的彙編器（好比as、nasm）從這些輸出內容生成可執行文件。至於這東西是否是真的算是編譯器，我也不是很在乎。

好了，我要開始表演了。

你可能看過龍書，或者其它比較經典的編譯原理和實踐方面的書。那你應該會知道，編譯器還蠻複雜的。但我水平有限，把持不住工業級的產品那麼精妙的結構和代碼，因此個人編譯器很簡陋——簡陋到起碼這個版本一眼就看到盡頭了。

儘管簡陋，但身爲一名業餘愛好者，嘗試開發這麼一個玩具仍是很excited的。因爲編譯器自己也是用Common Lisp寫的，因此就偷個懶不寫front end的部分了，聚焦於從CL代碼到彙編代碼的實現。

先從最簡單的一種狀況——二元整數的加法入手，好比下面這段代碼

(+ 1 2)

對於加法，能夠輸出ADDL指令，兩個參數則隨便找兩個寄存器放進去就行了。一段簡單得不能再簡單的代碼一會兒就寫出來了

(defun jjcc2 (expr)
  "支持兩個數的四則運算的編譯器"
  (cond ((eq (first expr) '+)
         `((movl ,(second expr) %eax)
           (movl ,(third expr) %ebx)
           (addl %eax %ebx)))))

(defun stringify (asm)
  "根據jjcc2產生的S表達式生成彙編代碼字符串"
  (format t "        .section __TEXT,__text,regular,pure_instructions~%")
  (format t "        .globl _main~%")
  (format t "_main:~%")
  (dolist (ins asm)
    (format t "        ~A ~A, ~A~%"
            (first ins)
            (if (numberp (second ins))
                (format nil "$~A" (second ins))
                (second ins))
            (if (numberp (third ins))
                (format nil "$~A" (third ins))
                (third ins))))
  (format t "        movl %ebx, %edi~%")
  (format t "        movl $0x2000001, %eax~%")
  (format t "        syscall~%"))

在 REPL 中像下面這樣運行

(stringify (jjcc2 '(+ 1 2)))

它會輸出這些內容

.section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
        .globl _main
_main:
        MOVL $1, %EAX
        MOVL $2, %EBX
        ADDL %EAX, %EBX
        movl %ebx, %edi
        movl $0x2000001, %eax
        syscall

把上面這段彙編代碼保存到名爲 jjcc.s 的文件，再運行下列的命令，就能夠獲得一個能跑的 a.out 文件了

as -o jjcc.o jjcc.s
gcc jjcc.o

運行以後，再輸出上一個命令的退出碼，就能夠看到結果3了。

.section那一行太長，其實能夠用.text來代替；指令和寄存器的名字大小寫混用；stringify函數中對第二第三個操做數的處理代碼很冗餘，等等，都是能夠吐槽的問題XD

全文完。

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