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第1章 开始制作编译器1

1.1 本书的概要2

本书的主题2

本书制作的编译器2

编译示例2

可执行文件3

编译4

程序运行环境6

1.2 编译过程8

编译的4个阶段8

语法分析8

语义分析9

生成中间代码9

代码生成10

优化10

总结10

1.3 使用Cb编译器进行编译11

Cb编译器的必要环境11

安装Cb编译器11

Cb的Hello， World！12

第2章 cb和cbc13

2.1 Cb语言的概要14

Cb的Hello，World！14

Cb中删减的功能14

import关键字15

导入文件的规范16

2.2 Cb编译器cbc的构成17

cbc的代码树17

cbc的包18

compiler包中的类群18

main函数的实现19

commandMain函数的实现19

Java5泛型20

build函数的实现20

Java 5的foreach语句21

compile函数的实现21

第1部分 代码分析24

第3章 语法分析的概要24

3.1 语法分析的方法25

代码分析中的问题点25

代码分析的一般规律25

词法分析、语法分析、语义分析25

扫描器的动作26

单词的种类和语义值27

token28

抽象语法树和节点29

3.2 解析器生成器30

什么是解析器生成器30

解析器生成器的种类30

解析器生成器的选择31

3.3 JavaCC的概要33

什么是JavaCC33

语法描述文件33

语法描述文件的例子34

运行JavaCC35

启动JavaCC所生成的解析器36

中文的处理37

第4章 词法分析39

4.1 基于JavaCC的扫描器的描述40

本章的目的40

JavaCC的正则表达式40

固定字符串41

连接41

字符组41

排除型字符组41

重复1次或多次42

重复0次或多次42

重复n次到m次42

正好重复n次43

可以省略43

选择43

4.2 扫描没有结构的单词44

TOKEN命令44

扫描标识符和保留字44

选择匹配规则45

扫描数值46

4.3 扫描不生成token的单词48

SKIP命令和SPECIAL_OKEN命令48

跳过空白符48

跳过行注释49

4.4 扫描具有结构的单词50

最长匹配原则和它的问题50

基于状态迁移的扫描50

MORE命令51

跳过块注释52

扫描字符串字面量53

扫描字符字面量53

第5章 基于JavaCC的解析器的描述55

5.1 基于EBNF语法的描述56

本章的目的56

基于JavaCC的语法描述56

终端符和非终端符57

JavaCC的EBNF表示法58

连接58

重复0次或多次59

重复1次或多次59

选择60

可以省略60

5.2 语法的二义性和token的超前扫描61

语法的二义性61

JavaCC的局限性62

提取左侧共通部分63

token的超前扫描63

可以省略的规则和冲突64

重复和冲突65

更灵活的超前扫描66

超前扫描的相关注意事项66

第6章 语法分析68

6.1 定义的分析69

表示程序整体的符号69

语法的单位69

import声明的语法70

各类定义的语法71

变量定义的语法72

函数定义的语法73

结构体定义和联合体定义的语法74

结构体成员和联合体成员的语法75

typedef语句的语法76

类型的语法76

C语言和Cb在变量定义上的区别77

基本类型的语法77

6.2 语句的分析79

语句的语法79

if语句的语法80

省略if语句和大括号80

while语句的语法81

for语句的语法81

各类跳转语句的语法82

6.3 表达式的分析83

表达式的整体结构83

expr的规则83

条件表达式84

二元运算符85

6.4 项的分析88

项的规则88

前置运算符的规则88

后置运算符的规则89

字面量的规则89

第2部分 抽象语法树和中间代码92

第7章 JavaCC的action和抽象语法树92

7.1 JavaCC的action93

本章的目的93

简单的action93

执行action的时间点93

返回语义值的action95

获取终端符号的语义值95

Token类的属性96

获取非终端符号的语义值98

语法树的结构99

选择和action99

重复和action100

本节总结102

7.2 抽象语法树和节点103

Node类群103

Node类的定义105

抽象语法树的表示105

基于节点表示表达式的例子107

第8章 抽象语法树的生成110

8.1 表达式的抽象语法树111

字面量的抽象语法树111

类型的表示112

为什么需要TypeRef类113

一元运算的抽象语法树114

二元运算的抽象语法树116

条件表达式的抽象语法树117

赋值表达式的抽象语法树118

8.2 语句的抽象语法树121

if语句的抽象语法树121

while语句的抽象语法树122

程序块的抽象语法树123

8.3 声明的抽象语法树125

变量声明列表的抽象语法树125

函数定义的抽象语法树126

表示声明列表的抽象语法树127

表示程序整体的抽象语法树128

外部符号的import128

总结129

8.4 cbc的解析器的启动132

Parser对象的生成132

文件的解析133

解析器的启动134

第9章 语义分析（1）引用的消解135

9.1 语义分析的概要136

本章目的136

抽象语法树的遍历137

不使用Visitor模式的抽象语法树的处理137

基于Visitor模式的抽象语法树的处理138

Vistor模式的一般化140

cbc中Visitor模式的实现141

语义分析相关的cbc的类142

9.2 变量引用的消解144

问题概要144

实现的概要144

Scope树的结构145

LocaIResolver类的属性146

LocaIResolver类的启动146

变量定义的添加147

函数定义的处理148

pushScope方法149

currentScope方法149

popScope方法150

添加临时作用域150

建立VariableNode和变量定义的关联151

从作用域树取得变量定义151

9.3 类型名称的消解153

问题概要153

实现的概要153

孙peResolver类的属性153

TypeResolver类的启动154

类型的声明154

类型和抽象语法树的遍历155

变量定义的类型消解156

函数定义的类型消解157

第10章 语义分析（2）静态类型检查159

10.1 类型定义的检查160

问题概要160

实现的概要161

检测有向图中的闭环的算法162

结构体、联合体的循环定义检查163

10.2 表达式的有效性检查165

问题概要165

实现的概要165

DereferenceChecker类的启动166

SemanticError异常的捕获167

非指针类型取值操作的检查167

获取非左值表达式地址的检查168

隐式的指针生成169

10.3 静态类型检查170

问题概要170

实现的概要170

Cb中操作数的类型171

隐式类型转换172

TyperChecker类的启动173

二元运算符的类型检查174

隐式类型转换的实现175

第11章 中间代码的转换178

11.1 cbc的中间代码179

组成中间代码的类180

中间代码节点类的属性181

中间代码的运算符和类型182

各类中间代码183

中间代码的意义184

11.2 IRGenerator类的概要185

抽象语法树的遍历和返回值185

IRGenerator类的启动185

函数本体的转换186

作为语句的表达式的判别187

11.3 流程控制语句的转换189

if语句的转换（1）概要189

if语句的转换（2）没有else部分的情况190

if语句的转换（3）存在else部分的情况191

while语句的转换191

break语句的转换（1）问题的定义192

break语句的转换（2）实现的方针193

break语句的转换（3）实现194

11.4 没有副作用的表达式的转换196

UnaryOpNode对象的转换196

BinaryOpNode对象的转换197

指针加减运算的转换198

11.5 左值的转换200

左边和右边200

左值和右值200

cbc中左值的表现201

结构体成员的偏移202

成员引用（expr.memb）的转换203

左值转换的例外：数组和函数204

成员引用的表达式（ptr-＞memb）的转换205

11.6 存在副作用的表达式的转换206

表达式的副作用206

有副作用的表达式的转换方针206

简单赋值表达式的转换（1）语句207

临时变量的引入208

简单赋值表达式的转换（2）表达式209

后置自增的转换210

第3部分 汇编代码214

第12章 x86架构的概要214

12.1 计算机的系统结构215

CPU和存储器215

寄存器215

地址216

物理地址和虚拟地址216

各类设备217

缓存218

12.2 x86系列CPU的历史220

x86系列CPU220

32位CPU220

指令集221

IA-32的变迁222

IA-32的64位扩展——AMD64222

12.3 IA-32的概要224

IA-32的寄存器224

通用寄存器225

机器栈226

机器栈的操作227

机器栈的用途227

栈帧228

指令指针229

标志寄存器229

12.4 数据的表现形式和格式231

无符号整数的表现形式231

有符号整数的表现形式231

负整数的表现形式和二进制补码232

字节序233

对齐233

结构体的表现形式234

第13章 x86汇编器编程236

13.1 基于GNU汇编器的编程237

GNU汇编器237

汇编语言的Hello，World！237

基于GNU汇编器的汇编代码238

13.2 GNU汇编器的语法240

汇编版的Hello，World！240

指令241

汇编伪操作241

标签241

注释242

助记符后缀242

各种各样的操作数243

间接内存引用244

x86指令集的概要245

13.3 传输指令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

符号扩展和零扩展250

13.4 算术运算指令251

add指令251

进位标志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 位运算指令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 流程的控制260

jmp指令260

条件跳转指令（jz、jnz、je、jne、……）261

cmp指令262

test指令263

标志位获取指令（SETcc）263

call指令264

ret指令265

第14章 函数和变量266

14.1 程序调用约定267

什么是程序调用约定267

Linux/x86下的程序调用约定267

14.2 Linux/x86下的函数调用269

到函数调用完成为止269

到函数开始执行为止270

到返回原处理流程为止271

到清理操作完成为止271

函数调用总结272

14.3 Linux/x86下函数调用的细节274

寄存器的保存和复原274

caller-save寄存器和callee-save寄存器274

caller-save寄存器和callee-save寄存器的灵活应用275

大数值和浮点数的返回方法276

其他平台的程序调用约定277

第15章 编译表达式和语句278

15.1 确认编译结果279

利用cbc进行确认的方法279

利用gcc进行确认的方法280

15.2 x86汇编的对象与DSL282

表示汇编的类282

表示汇编对象283

15.3 cbc的x86汇编DSL285

利用DSL生成汇编对象285

表示寄存器286

表示立即数和内存引用287

表示指令287

表示汇编伪操作、标签和注释288

15.4 CodeGenerator类的概要290

CodeGenerator类的字段290

CodeGenerator类的处理概述290

实现compileStmts方法291

cbc的编译策略292

15.5 编译单纯的表达式294

编译Int节点294

编译Str节点294

编译Uni节点（1）按位取反295

编译Uni节点（2）逻辑非297

15.6 编译二元运算298

编译Bin节点298

实现compileBinaryOp方法299

实现除法和余数300

实现比较运算300

15.7 引用变量和赋值301

编译Var节点301

编译Addr节点302

编译Mem节点303

编译Assign节点303

15.8 编译jump语句305

编译LabelStmt节点305

编译Jump节点305

编译CJump节点305

编译Call节点306

编译Return节点307

第16章 分配栈帧308

16.1 操作栈309

cbc中的栈帧309

栈指针操作原则310

函数体编译顺序310

16.2 参数和局部变量的内存分配312

本节概述312

参数的内存分配312

局部变量的内存分配：原则313

局部变量的内存分配314

处理作用域内的局部变量315

对齐的计算316

子作用域变量的内存分配316

16.3 利用虚拟栈分配临时变量318

虚拟栈的作用318

虚拟栈的接口319

虚拟栈的结构319

virtualPush方法的实现320

VirtualStack#extend方法的实现320

VirtualStack#top方法的实现321

virtualPop方法的实现321

VirtualStack#rewind方法的实现321

虚拟栈的运作322

16.4 调整栈访问的偏移量323

本节概要323

StackFramelnfo类323

计算正在使用的callee-save寄存器324

计算临时变量区域的大小325

调整局部变量的偏移量325

调整临时变量的偏移量326

16.5 生成函数序言和尾声327

本节概要327

生成函数序言327

生成函数尾声328

16.6 alloca函数的实现330

什么是alloca函数330

实现原则330

alloca函数的影响331

alloca函数的实现331

第17章 优化的方法333

17.1 什么是优化334

各种各样的优化334

优化的案例334

常量折叠334

代数简化335

降低运算强度335

削除共同子表达式335

消除无效语句336

函数内联336

17.2 优化的分类337

基于方法的优化分类337

基于作用范围的优化分类337

基于作用阶段的优化分类338

17.3 cbc中的优化339

cbc中的优化原则339

cbc中实现的优化339

cbc中优化的实现339

17.4 更深层的优化341

基于模式匹配选择指令341

分配寄存器342

控制流分析342

大规模的数据流分析和SSA形式342

总结343

第4部分 链接和加载346

第18章 生成目标文件346

18.1 ELF文件的结构347

ELF的目的347

ELF的节和段348

目标文件的主要ELF节348

使用readelf命令输出节头349

使用readelf命令输出程序头350

使用readelf命令输出符号表351

readelf命令的选项351

什么是DWARF格式352

18.2 全局变量及其在ELF文件中的表示354

分配给任意ELF节354

分配给通用ELF节354

分配.bss节355

通用符号355

记录全局变量对应的符号357

记录符号的附加信息357

记录通用符号的附加信息358

总结358

18.3 编译全局变量360

generate方法的实现360

generateAssemblyCode方法的实现360

编译全局变量361

编译立即数362

编译通用符号363

编译字符串字面量364

生成函数头365

计算函数的代码大小366

总结366

18.4 生成目标文件367

as命令调用的概要367

引用GNUAssembler类367

调用as命令367

第19章 链接和库369

19.1 链接的概要370

链接的执行示例370

gcc和GNU Id371

链接器处理的文件372

常用库374

链接器的输入和输出374

19.2 什么是链接375

链接时进行的处理375

合并节375

重定位376

符号消解377

19.3 动态链接和静态链接379

两种链接方法379

动态链接的优点379

动态链接的缺点380

动态链接示例380

静态链接示例381

库的检索规则381

19.4 生成库383

生成静态库383

Linux中共享库的管理383

生成共享库384

链接生成的共享库385

第20章 加载程序387

20.1 加载ELF段388

利用mmap系统调用进行文件映射388

进程的内存镜像389

内存空间的属性390

ELF段对应的内存空间390

和ELF文件不对应的内存空间392

ELF文件加载的实现393

20.2 动态链接过程395

动态链接加载器395

程序从启动到终止的过程395

启动Id.so396

系统内核传递的信息397

AUX矢量397

读入共享库398

符号消解和重定位399

运行初始化代码400

执行主程序401

执行终止处理402

Id.so解析的环境变量402

20.3 动态加载404

所谓动态加载404

Linux下的动态加载404

动态加载的架构405

20.4 GNU Id的链接406

用于cbc的Id选项的结构406

C运行时407

生成可执行文件408

生成共享库408

第21章 生成地址无关代码410

21.1 地址无关代码411

什么是地址无关代码411

全局偏移表（GOT）412

获取GOT地址412

使用GOT地址访问全局变量413

访问使用GOT地址的文件内部的全局变量414

过程链接表（PLT）414

调用PLT入口416

地址无关的可执行文件：PIE416

21.2 全局变量引用的实现418

获取GOT地址418

PICThunk函数的实现418

删除重复函数并设置不可见属性419

加载GOT地址420

IocateSymbols函数的实现421

全局变量的引用421

访问全局变量：地址无关代码的情况下422

函数的符号423

字符串常量的引用424

21.3 链接器调用的实现425

生成可执行文件425

generateShared Library方法426

21.4 从程序解析到执行428

build和加载的过程428

词法分析429

语法分析429

生成中间代码430

生成代码431

汇编432

生成共享库432

生成可执行文件433

加载433

第22章 扩展阅读434

22.1 参考书推荐435

编译器相关435

语法分析相关435

汇编语言相关436

22.2 链接、加载相关437

22.3 各种编程语言的功能438

异常封装相关的图书438

垃圾回收438

垃圾回收相关的图书439

面向对象编程语言的实现439

函数式语言440

附录441

A.1 参考文献442

A.2 在线资料444

A.3 源代码445