使用Flex、Bison和LLVM编写自己的Toy Compiler
前言
编译器设计中充满挑战，但也是探索编程语言和编译过程的绝佳机会。我曾尝试创建一个小型语言及编译器，尤其是语义解析阶段曾遇到困难。这篇文章源于最近的尝试，这次体验较为成功。
在过去的几年中，我有幸参与了多个项目，通过这些项目我获得了关于编译器实际工作流程的宝贵经验。在本次项目中，我使用了LLVM作为工具组件，它在实现编译器的复杂部分上提供了巨大帮助。
为什么阅读这篇文章？
这篇文章旨在为对编译器和编程语言感兴趣的人提供一个学习资源，门槛较低且易于重现。通过逐步指导，读者可以构建一个基础功能齐全的编译器，涵盖函数定义、调用、变量定义、数据赋值及基本数学运算。
虽然不会深入理论，但建议具备一些编译器基础知识，如上下文无关文法（BNF）、抽象语法树（AST）和基本编译器流程。基础薄弱的读者应先熟悉这些概念，以便更好地理解代码。
你会得到什么？
跟随文章指示，你可以构建一个分析基础功能的编译器，包括函数定义、调用、变量定义、数据赋值和基本数学运算。虽然部分功能实现可能不够完善，但能够从中学习并在此基础上构建自己的编译器。
解决与编译器设计无关的问题
本项目基于C/C++语言，使用LLVM的核心组件和OOP、STL实现代码的简洁性和可读性。对C/C++的了解是必要的。对于Flex、Bison和LLVM的语法理解，文章将提供帮助。语法代码量约100行，易于掌握。
项目难度与时间估计
项目构建大约需要3天，但包含多次尝试失败。完成代码复现可能在一个下午内完成，但全面理解可能需要更多时间。准备工作包括安装Flex、Bison和LLVM。
正式进入正文
基本的编译器流程包括词法分析、语法分析、语义解析和目标代码生成。文章将指导使用Flex、Bison和LLVM实现这些步骤。
定义待翻译语法
选择类C语法，如“函数定义、函数调用、变量定义、数据赋值和数学运算”。语法简化，不包含分号和return语句。
Step 1 使用Flex进行语法分析
使用Flex将输入数据分解为已知token。定义token及其对应符号，Flex生成cpp文件提供token识别功能。使用tokens.l文件定义token。
Step 2 使用Bison进行语义分析
构建抽象语法树（AST）表示语言。Bison优化AST生成过程，无需编写复杂原始cpp文件。定义AST节点类型和结构。
Step 3 使用LLVM对AST进行汇编操作
将AST转换为机器代码。LLVM简化此过程，将AST转换为等效机器指令。定义codeGen方法和CodeGenContext类以处理上下文信息。
构建Toy Compiler
完成Flex、Bison和LLVM集成后，构建编译器。使用llvm-config工具简化LLVM链接。调整main.cpp文件以编译和运行代码。
项目完成
创建Toy Compiler后，使用example.txt文件测试编译器功能。项目构建过程可使用Makefile简化。
总结
本文提供了一个基于C/C++、使用Flex、Bison和LLVM构建Toy Compiler的详细步骤。通过逐步指导，读者可以构建一个分析基础功能的编译器。关键步骤包括定义语法、使用Flex和Bison进行分析以及利用LLVM生成机器代码。完成项目后，读者将获得一个基本的编译器框架，并可以在此基础上进行扩展和优化。
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