编译原理入门课：（前言）实现一个表达式解析计算器

原文地址：苹果梨的博客

首先要聊聊我为何想要写一篇编译原理的入门课。熟悉个人人可能会知道，我喜欢把复杂难懂的东西拆解成简单易理解的东西，不管是在代码的设计上，仍是在知识的分享上。另外我也是个实用主义者，写出来的代码光好看没有什么卵用，必需要有实际的用途，它才是有价值的代码。因此写这样一个系列的博客，主要有两个目的：

1. 拆解编译原理里一部分入门级别的基础知识，用最少的篇幅讲解编译器前端的大体工做原理
2. 实现一个能够解析并计算简单数学表达式的库，让须要的人可使用它完成一些计算功能

所谓编译器前端，主要是指词法分析、语法分析这一类解析的过程，负责把咱们写的代码翻译成计算机能够理解的格式。编译器后端，主要负责把前端解析获得的中间代码进行优化，生成CPU能够运行的二进制代码。编译器后端的知识，须要对汇编、计算机组成原理之类的知识有必定了解，才能更好的理解。因此我在这里不太打算深刻讲解编译器后端的知识，想要全面了解编译原理的同窗能够参考别的教程进行学习。

推荐书籍

曾经尝试学习过编译原理的同窗，可能会深有感触，抱着书啃起来很枯燥，很容易从入门到放弃。编译原理的三大著名书籍人称龙书、虎书、鲸书，具体书名你们本身搜一下就很容易找到。咱们比较熟悉的一本应该就是下图这个龙书——《编译原理》，普及最广应该是由于翻译得比较好吧。书里说的大部分是理论知识，极可能看完三四章后，了解了不少编译器中的概念和方法，可是想要自制个编译器就会以为无从下手。不过这不会影响它的地位，想深刻学习编译原理确定仍是离不开它的，建议对编译器感兴趣的同窗先从博客入门，入门后若是以为想要更深刻，再买一本《编译原理》回去啃也不迟。

推荐博客及开源库

首推一个lotabout大佬的《手把手教你构建 C 语言编译器》系列博客。博客从构建虚拟机开始，而后逐步的介绍词法分析再到语法分析，围绕着已经构建好的虚拟机一步步构造编译器。从构造编译器的过程上来讲，大概是下图这样：

lotabout大佬的教程总结起来有如下特色：

1. 编译器完整：包含编译器前端和编译器后端，对了解编译器完整工做流程有很大帮助

2. 功能丰富：支持变量，条件和循环语句等复杂功能

3. 较为深刻：对虚拟机设计的讲解，以及对应虚拟机的代码生成逻辑都讲得较为深刻。这个有好有坏，好处固然是你们能学到的东西更多，坏处就是对于不了解CPU和汇编的同窗来讲太难理解

4. 中期没法运行：教程中期几篇的结尾都会有“本章的代码还没法正常运行”。这是必然的，编译器必须完成完整的流程才能运行，在虚拟机的基础上没有完成生成代码的逻辑，确定会没法运行。这就可能让中间的学习过程有必定的断层

推荐的开源库首先也是推荐lotabout大佬博客对应的GitHub开源库：write-a-C-interpreter。光对着代码干啃很累，有对应的博客固然仍是学起来更快的。

而后推荐的是Fabrice Bellard大神的otcc，这应该是最迷你的C语言编译器了，迷你但五脏俱全，甚至于能够作到自举（自举就是本身能够编译本身）。它是当年Fabrice Bellard参加国际混淆（混乱）C语言代码大赛的获奖做品，能够编译C语言的子集。固然咱们阅读代码的时候请阅读非混淆版本的，否则你的大脑可能得跟计算机同样才能看懂写得是什么……

想再深刻学习代码就试着看TinyCC吧，是Fabrice Bellard基于otcc扩展写出来的完整的C语言编译器，号称最快最小。这个级别的代码，反正我已经看不懂了……

本入门课

我这里要写的入门课，一开始就说了不包含编译器后端，因此这里不能叫它编译器，只能叫作解释器或者说计算器。和大部分的编译原理课不一样，我会先写出来能够运行的最小单元，而后一边展开知识范围一边迭代，让解释器能够支持更多的功能。大概的过程会是这样：

是否是更像是一个软件的常规迭代过程些？入门课会有如下特征：

1. 只含编译器前端，功能只有简单计算，简化了要学习的内容
2. 始终能够运行，持续迭代新功能

目录会以下：

（一）用最简单的语法分析器解析加减法

（二）递归解析中怎么处理运算符优先级

（三）简单错误处理逻辑以及负数的解析

（四）用词法解析处理多位数字和空白符

（五）解析ID型词法和函数调用语法

后面还可能会补充其余内容，要看看你们对什么内容/功能感兴趣，还要等个人懒癌被治好。

入门课对应的代码都会开源放在GitHub：SlimeExpressionC

想要更多的功能/教学能够在个人博客里留言，或者到对应的开源库下面去提issue，也热烈欢迎大家提MR或者fork出去本身玩。今天就先水到这里。