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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cbc 13

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

token 28

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JavaCC 33

语法描述文件 33

语法描述文件的例子 34

运行JavaCC 35

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action 93

本章的目的 93

简单的action 93

执行action的时间点 93

返回语义值的action 95

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action 99

重复和action 100

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import 128

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CPU 220

32位CPU 220

指令集 221

IA-32的变迁 222

IA-32的64位扩展——AMD64 222

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DSL 282

表示汇编的类 282

表示汇编对象 283

15.3 cbc的x86汇编DSL 285

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 Id 371

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.so 396

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：PIE 416

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