編譯原理入門課：（前言）實現一個表達式解析計算器

原文地址：蘋果梨的博客

首先要聊聊我爲何想要寫一篇編譯原理的入門課。熟悉個人人可能會知道，我喜歡把複雜難懂的東西拆解成簡單易理解的東西，不管是在代碼的設計上，仍是在知識的分享上。另外我也是個實用主義者，寫出來的代碼光好看沒有什麼卵用，必需要有實際的用途，它纔是有價值的代碼。因此寫這樣一個系列的博客，主要有兩個目的：

1. 拆解編譯原理裏一部分入門級別的基礎知識，用最少的篇幅講解編譯器前端的大體工做原理
2. 實現一個能夠解析並計算簡單數學表達式的庫，讓須要的人可使用它完成一些計算功能

所謂編譯器前端，主要是指詞法分析、語法分析這一類解析的過程，負責把咱們寫的代碼翻譯成計算機能夠理解的格式。編譯器後端，主要負責把前端解析獲得的中間代碼進行優化，生成CPU能夠運行的二進制代碼。編譯器後端的知識，須要對彙編、計算機組成原理之類的知識有必定了解，才能更好的理解。因此我在這裏不太打算深刻講解編譯器後端的知識，想要全面瞭解編譯原理的同窗能夠參考別的教程進行學習。

推薦書籍

曾經嘗試學習過編譯原理的同窗，可能會深有感觸，抱着書啃起來很枯燥，很容易從入門到放棄。編譯原理的三大著名書籍人稱龍書、虎書、鯨書，具體書名你們本身搜一下就很容易找到。咱們比較熟悉的一本應該就是下圖這個龍書——《編譯原理》，普及最廣應該是由於翻譯得比較好吧。書裏說的大部分是理論知識，極可能看完三四章後，瞭解了不少編譯器中的概念和方法，可是想要自制個編譯器就會以爲無從下手。不過這不會影響它的地位，想深刻學習編譯原理確定仍是離不開它的，建議對編譯器感興趣的同窗先從博客入門，入門後若是以爲想要更深刻，再買一本《編譯原理》回去啃也不遲。

推薦博客及開源庫

首推一個lotabout大佬的《手把手教你構建 C 語言編譯器》系列博客。博客從構建虛擬機開始，而後逐步的介紹詞法分析再到語法分析，圍繞着已經構建好的虛擬機一步步構造編譯器。從構造編譯器的過程上來講，大概是下圖這樣：

lotabout大佬的教程總結起來有如下特色：

1. 編譯器完整：包含編譯器前端和編譯器後端，對了解編譯器完整工做流程有很大幫助

2. 功能豐富：支持變量，條件和循環語句等複雜功能

3. 較爲深刻：對虛擬機設計的講解，以及對應虛擬機的代碼生成邏輯都講得較爲深刻。這個有好有壞，好處固然是你們能學到的東西更多，壞處就是對於不瞭解CPU和彙編的同窗來講太難理解

4. 中期沒法運行：教程中期幾篇的結尾都會有「本章的代碼還沒法正常運行」。這是必然的，編譯器必須完成完整的流程才能運行，在虛擬機的基礎上沒有完成生成代碼的邏輯，確定會沒法運行。這就可能讓中間的學習過程有必定的斷層

推薦的開源庫首先也是推薦lotabout大佬博客對應的GitHub開源庫：write-a-C-interpreter。光對着代碼幹啃很累，有對應的博客固然仍是學起來更快的。

而後推薦的是Fabrice Bellard大神的otcc，這應該是最迷你的C語言編譯器了，迷你但五臟俱全，甚至於能夠作到自舉（自舉就是本身能夠編譯本身）。它是當年Fabrice Bellard參加國際混淆（混亂）C語言代碼大賽的獲獎做品，能夠編譯C語言的子集。固然咱們閱讀代碼的時候請閱讀非混淆版本的，否則你的大腦可能得跟計算機同樣才能看懂寫得是什麼……

想再深刻學習代碼就試着看TinyCC吧，是Fabrice Bellard基於otcc擴展寫出來的完整的C語言編譯器，號稱最快最小。這個級別的代碼，反正我已經看不懂了……

本入門課

我這裏要寫的入門課，一開始就說了不包含編譯器後端，因此這裏不能叫它編譯器，只能叫作解釋器或者說計算器。和大部分的編譯原理課不一樣，我會先寫出來能夠運行的最小單元，而後一邊展開知識範圍一邊迭代，讓解釋器能夠支持更多的功能。大概的過程會是這樣：

是否是更像是一個軟件的常規迭代過程些？入門課會有如下特徵：

1. 只含編譯器前端，功能只有簡單計算，簡化了要學習的內容
2. 始終能夠運行，持續迭代新功能

目錄會以下：

（一）用最簡單的語法分析器解析加減法

（二）遞歸解析中怎麼處理運算符優先級

（三）簡單錯誤處理邏輯以及負數的解析

（四）用詞法解析處理多位數字和空白符

（五）解析ID型詞法和函數調用語法

後面還可能會補充其餘內容，要看看你們對什麼內容/功能感興趣，還要等個人懶癌被治好。

入門課對應的代碼都會開源放在GitHub：SlimeExpressionC

想要更多的功能/教學能夠在個人博客裏留言，或者到對應的開源庫下面去提issue，也熱烈歡迎大家提MR或者fork出去本身玩。今天就先水到這裏。