第一章 教程简介与词法分析器¶

教程介绍¶

欢迎走进“LLVM开发新语言”教程。本教程详细介绍了一门简单语言的实现过程；你将会看到，这个过程既轻松又有趣。本教程将伴你一起搭建一套框架，它可以成为你今后实现其他语言的基础。教程中的代码就是供你把玩LLVM的各种功能的试验田。

本教程的目标是循序渐进地描绘一门语言，并详述它的开发过程。在这一过程中，我们将针对语言设计以及LLVM的用法等问题展开讨论。与此同时，我们会给出代码并进行讲解，你免各种细节把你弄得晕头转向。

需要提前说明的是，这一教程讲授的是编译器技术和LLVM，不是四平八稳的现代化软件工程准则。换言之，方便起见，我们会采用一些不太正规的手法。譬如对内存泄漏孰视无睹、滥用全局变量、无视visitor等成熟设计模式等等……一切从简。如果你有意深究，并打算把这些代码用作今后项目的基础，这些毛病也不难修。

我试着编排了本教程的各个章节，碰到熟悉的或是不感兴趣的章节，你大可直接跳过。本教程的结构如下：

第一章：Kaleidoscope语言及其词法解析器简介

阐明我们的目的，并明确新语言应该具备哪些基本功能。为了让这份教程尽量易于理解、易于入手，我们决定不采用任何词法分析器和语法分析器的生成器[1]，而是直接用C++实现所有功能。当然，LLVM与这些工具配合使用也完全没问题，如果愿意，你大可放手一试。

第二章：实现语法分析器和AST

完成词法分析器之后，我们就开始讨论语法解析技术，进而开始构造基本的AST。这份教程共介绍了递归下降解析和运算符优先级解析两种解析技术。第一章和第二章的内容与LLVM完全无关，至此，我们的代码甚至都不需要链接LLVM库。 :-)

第三章：LLVM IR代码生成

搞定AST之后，我们忍不住要炫耀一番，让你看看LLVM IR的生成过程是多么的简单。

第四章：添加JIT和优化支持

很多人都有意将LLVM用作JIT，有鉴于此，我们打算在此深入一下，让你见识一下区区三行代码搞定JIT支持。尽管LLVM在其他方面也应用广泛，但说到炫技，还是这三行代码最简单、最“惊艳”。

第五章：语言扩展：流程控制

我们的语言已经可以运行了，现在来看看如何为它添加流程控制能力（即if/then/else和“for”循环）。在此我们还将借机介绍一下简单的SSA构造和流程控制。

第六章：语言扩展：用户自定义运算符

这一章用处不大，但却很有意思。我们再次对语言进行了扩展，赋予了用户在程序中自行定义任意一元和二元运算符的能力（还可以设置优先级！）。这一机制使得我们得以将该“语言”的很大一部分实现成库函数。

第七章：语言扩展：可变变量

本章介绍的是用户自定义局部变量和赋值运算符的实现。最有意思的地方在于，在LLVM中构造SSA form简单至极：不，实际上LLVM压根儿就不要求你在前端[2]构造SSA form！

第八章：结论以及其他和LLVM有关的内容

本章对整个系列教程作出了总结，不仅讨论了多种潜在的语言扩展方向，还针对一系列“专题”给出了参考资料，例如垃圾回收支持、异常、调试、“麻花栈[3]”支持等，此外，还提到了很多其他的窍门和技巧。

截至本教程末尾为止，不算注释和空行，我们总共只需编写不到700行代码。面对这样一门相对复杂的语言，只用了这么点儿代码就我们实现了一款颇为像样的编译器，其中包括手工打造的词法分析器、语法分析器、AST，还实现了带JIT编译器的代码生成。我想，相对于其他系统给出的那些“hello world”级别的教程，这篇教程的广度足以诠释LLVM的强大；如果你对语言和编译器设计感兴趣，它应该能够说服你认真考虑LLVM。

最后说一句：我们希望你能够进一步扩展这一语言，好好玩味一番。拿着代码疯狂地hack去吧，编译器并非令人恐惧的怪兽——把玩程序语言，奇乐无穷！