00.从0实现一个JVM语言系列

00.一个JVM语言的诞生

因为方才才获悉博客园文章默认不放在首页的, 原创文章主要经过随笔显示, 因此将文章迁移到随笔;

这篇帖子将后续更新, 欢迎关注! 这段时间要忙着春招实习, 因此项目更新会慢一点,
语言组织也会比较随意, 毕竟时间有限, 没办法太过雕琢琢磨

源码github仓库, 若是这个系列对您有帮助, 但愿得到您的一个star!

致亲爱的读者:

    我的的文字组织和写文章的功底属实通常, 写的也比较赶时间, 因此系列文章的文字可能比较粗糙,
不免有词不达意或者写的很迷惑抽象的地方 

    若是您看了有疑问或者以为我写的实在乱七八糟, 这个很抱歉, 确实是个人问题, 您若是有不懂的地方
的地方或者发现个人错误(文字错误, 逻辑错误或者知识点错误都有可能), 能够直接留言, 我看到都会回复您!

系列食用方法建议

因为时间缘由, 目前测试并不完善, 因此推荐以下方式根据您的目的进行阅读

    若是您是学习用, 建议您先将整个项目clone到本地, 而后把感兴趣的章节删除/移动, 本身对照着重写
模块, 书写完每一步测试一下可否正常运行(在指定的路径去读取源码测试可否编译成功并在命令行执行

    java Application(类名)

尝试可否输出指望结果, 我没有研究Junit对编译器输出class文件进行测试, 因此目前可能须要您手动测试)

    按照以上步骤, 等您将全部模块重写一遍, 大概也对这个系列的脉络有深入理解了! 若是您重头开始重写, 
每每可能因为出现某些低级错误致使长时间debug才找获得错误, 因此对于初学者, 推荐采用本身补写替换模块的
方式

    对于但愿贡献代码的朋友或者对Cva感兴趣的朋友, 欢迎贡献您的源码与看法, 或者对于该系列一些错误/
bug愿意提出指正的朋友, 您能够留言或者在github发issue, 我看到后必定及时处理!

本节提纲

0. 写在前面

1. 文章目录

2. 先修技能/工具

3. Cva文法-grammar推导式

4. 说明

5. Cva程序样例

写在前面

从屏幕前的你搜索到这篇博文开始, 咱们就要开始一篇实现本身的JVM语言系列了, 目前国外有大佬作了
一个Enkel语言, 还有翻译教程, 不过恕我直言教程太跳了, 不少细节语焉不详, 也多是翻译的缘由,
因此我但愿写一个国人的自制JVM语言系列教程, 在这之间我已经完成了github项目, 语言已经能实现不少
基本的Java的特性(方法, 循环, 简单的面向对象与继承), 你能够直接使用之, 在此基础上构建你的项目,
或者你们能够一块儿提交修改, 让Cva成为一个更棒的语言咱们将其名字暂定为Cva, 开始也有想过比较霸气的alloy,
可是看到这好像已是一个语言了, 固然, 目前咱们的语言这么菜, 也很差意思叫Alloy(其实叫Cva都是我脸皮厚,
哈哈

为何叫Cva, 其实我一开始的设想是这个语言的最终目的是兼容C(希望吧, 毕竟C的类型系统和不少糟粕仍是不必学着),
目前是至关小至关菜的一个子集, 毕竟C的语法仍是至关复杂, 如今毕业找工做的压力比较大, 因此这个项目
真正对C兼容仍是有很长的路要走的

不过人嘛, 梦想老是要有的, 写一个编译器有一个本身的语言何不是不少程序员年少的梦想? 为了写这个语言,
笔者从去年11月开始尝试了不少方法, 有github上其余同窗的大做业, 有读龙书虎书鲸书, <两周自制脚本语言>,
有网易云Coding 迪斯尼的自底向上, 前先后后推翻了不少方案, 改了不少版本, (说实话自底向上真的太抽象了,
至关劝退), 最终完成这个项目却不过区区十来天, 主要是过年那段时间, 天天废寝忘食地写代码提交,
常常半夜构思想的睡觉都睡不着, 通过长时间的积累

最终算是勉强完成了一个差强人意的版本把, 在这里因为春招临近的缘故, 笔者不得不收心去准备春招实习面试,
因此把这个项目的教程写完后可能就暂时中止更新, 至于再见的时间? 我也不清楚, 多是春招结束放荡的大四
(可是万一要提早去公司实习干活呢?), 因此有点遥遥无期的意味

不过这些文章会将一个编译器从0到1的实现过程, 尽量简单易懂地展示给你们, 当你读完这个系列的文章,
理解了编译器(其实本文基本都是前端, 后端基本都被JVM作完了, 后面我可能会写一个自制JVM系列,
不过在这以前仍是先推出自制操做系统和实现TCP/IP协议栈系列吧)加上我前期调教好的代码,相信即便你是小白,
也能快速定制本身的需求, 快速书写出一个本身的语言!

文章目录

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00.一个JVM语言的诞生

01.从0实现一个JVM语言之架构总览

02.从0实现一个JVM语言之词法分析器-Lexer

03.从0实现一个JVM语言系列之语法分析器-Parser

04.从0实现一个JVM语言系列之语义分析-Semantic

05.从0实现一个JVM语言之目标平台代码生成-CodeGenerator

先修技能/工具

1. 比较熟练的JavaSE基础便可

2. JDK1.8及以上版本, 源码中有大量利用了Java8函数式特性的地方

3. jasmin汇编器, 在github仓库的lib目录下

Cva文法

Grammar 推导式

Program
   -> pkg com.company.proj; // 包名目前是无关紧要的. 没啥用
   -> call com.company.somepkg; // 导包目前也是摆设, 无关紧要 
   -> EntryClass(入口类, 拥有main方法, 位置是任意的)
   | EntryMethod
   | ClassDeclList

EntryClass
   -> class Entry(默认为Application) 
    { 
        retType main() 
        { 
            StatementList 
        }
    }

ClassDeclList
   -> ClassDecl
   | ClassDecl ClassDeclList

ClassDecl
   -> class Identifier 
    { 
        VarDeclList MethodDeclList 
    }
   | class Identifier : Identifier 
    { 
        VarDeclList MethodDeclList 
    }

VarDeclList
   -> VarDecl
   | VarDecl VarDeclList
   |

VarDecl -> Type Identifier;

MethodDeclList
   -> MethodDecl
   | MethodDecl MethodDeclList
   |

MethodDecl -> Type Identifier (FormalList)
             {
                 VarDeclList StatementList return Expr;
             }

FormalList
   -> Type Identifier
   // formal就是形参, args;
   | Type Identifier, FormalList
   |

Type -> int
     -> boolean
     -> string
     ... 其余的目前还不支持
     -> Identifier

StatementList
   -> Statement
   | Statement StatementList
   |

Statement
   -> { StatementList }
   // 多条语句构成Block, 要加上大括号限定域;
   | if (Expr) Statement else Statement
   | while (Expr) Statement
   // write 也能够是writeln, writef, writef目前不支持;
   | write(Expr); 
   | Identifier = Expr;

Expr
   -> Expr Op Expr
   | Expr.Identifier(ExprList)
   | IntegerLiteral
   | Identifier
   | this
   | new Identifier()
   | Const ...(包括const int, true, false)
   | !Expr
   | (Expr)

Op -> +
   | -
   | *
   | /
   | %
   | <
   | >
   | &
   | |
   | ^
   | >>
   | <<
   | >>>
   | &&

ExprList
   -> Expr
   | Expr, ExprList
   |

Identifier -> [A-Za-z_][A-Za-z0-9_]*

IntegerLiteral -> [0-9]+

LineComment -> // the total line is comment

说明

• 目前Cva支持 int boolean 两种基本类型, 进阶类型支持 string 支持自定义的类类型
• 在类类型中支持字段和实例方法, 不支持静态方法, 不支持方法重载/重写,
  不支持访问权限控制(默认为 public ), 支持继承(若无显式父类声明,
  则默认继承自 Object 类型), 但不支持显式调用父类方法
• 支持 if/if-else while for 的分支和循环控制, 支持方法调用)
• 运算符支持 基本运算 + - * / % && = . ! <
  自增运算 ++ --
  以及位操做运算 & | ^ >> << >>> 等其余运算符
  域限定符 { } ( ) ;``, 比较运算支持 <, 逻辑运算支持 && !
• 支持引导的C家族的 // 行注释以及 /* ... */ 块注释
• 字段和变量仅支持声明后赋值或者声明时初始化
• 编译器目前仅支持将全部代码写在同一个文件内部, 须要有一个入口main方法(能够没有main类,
  仅有main方法, 但编译器会自动生成Application类), main 方法支持空参, 也支持仅有一个
  string[]传入命令行参, 固然目前也没有去处理, 只是个摆设

由以上文法给出的Cva程序样例

class Entry
{
    /**
     * This is the entry point of the program;
     */
    int main(string[] args)
    {
        echo "Hello, CvaWorld\n";
        // 打印整形 statement
        println(new FibCalcer().compute(10));
        return 0;
    }
}

class FibCalcer
{
    int compute(int num)
    {
        int total;
        if ( num < 1)
        {
            // 花括号是能够不要的, 可是咱们的代码要遵照阿里巴巴Cva规范(滑稽);
            total = 1;
        }
        else
        {
            total = num * (this.compute(num - 1));
        }
        // 目前不支持提早 return, 挺遗憾的;
        return total;
    }
}

固然, main方法也有野的写法, 但目前Cva仅支持将main方法这么写

int main(string[] args)
{
    echo "Hello, CvaWorld\n";
    return 0;
}

即main类不须要定义, 只须要声明main方法便可, 固然, 这不过是语法糖一颗, 编译时会自动加上默认主类名Application(这样会出现的名称冲突问题暂时还没解决)