COMP1917的目標(biāo)是讓學(xué)生熟練使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程。涵蓋的主題包括：基本編程概念、程序測(cè)試和調(diào)試、數(shù)據(jù)的基本內(nèi)存表示法、編程風(fēng)格。通過實(shí)驗(yàn)室編程練習(xí)和作業(yè)，學(xué)生將獲得有關(guān)這些主題的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

一、如何構(gòu)建新的編程語(yǔ)言

從很高的角度來看，創(chuàng)建一種新的編程語(yǔ)言主要涉及三個(gè)步驟。

定義語(yǔ)法。

為源代碼創(chuàng)建前端編譯器。

構(gòu)建后端代碼生成器。

因此，你需要從一支筆和一張紙開始，定義你的語(yǔ)言的語(yǔ)法。如果你不知道什么是正式語(yǔ)法，那就把它想象成人類語(yǔ)言的語(yǔ)法(閱讀我的相關(guān)文章)。

例如，在人類語(yǔ)言中，你可以說 "一個(gè)句子由冠詞、名詞和動(dòng)詞組成"。然后，語(yǔ)言的自然模糊性(主要由口語(yǔ)部分和人類的天性決定)將這一規(guī)則拋諸腦后。

在正式語(yǔ)言中，如果語(yǔ)法規(guī)定 "賦值由變量名、等號(hào)(=)和數(shù)字構(gòu)成"，那么這將是程序源代碼中實(shí)例化變量的唯一方法，否則代碼將無法編譯(如果是解釋型語(yǔ)言，則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤)。

簡(jiǎn)而言之，形式語(yǔ)法定義了程序源代碼在這種語(yǔ)言中必須是什么樣子。它涉及到程序員在使用你的語(yǔ)言編寫程序時(shí)必須遵守的語(yǔ)法規(guī)則。

前端編譯器(Front-End Compiler)是一種軟件，它能接收源代碼并生成一些看起來很奇怪的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本文稍后將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)介紹。

最后，"后端代碼生成器 "是另一款軟件，它將前端生成的代碼轉(zhuǎn)換成可實(shí)際運(yùn)行的代碼。

等等，這......可以運(yùn)行?可以運(yùn)行?這就是把初始源代碼轉(zhuǎn)換成新的源代碼(可以運(yùn)行)?

是的，不過是機(jī)器能理解的代碼，通常稱為目標(biāo)機(jī)器碼。嚴(yán)格來說，這意味著你應(yīng)該提供匯編代碼，將其交給匯編器，匯編器將與鏈接器/加載器一起工作，然后他們會(huì)將機(jī)器代碼返回給你。

然而，許多精明的人過去已經(jīng)做了這樣的努力。因此，新的編程語(yǔ)言往往只是被翻譯成現(xiàn)有的編程語(yǔ)言，而現(xiàn)有的編譯器已經(jīng)存在。

例如，在架構(gòu)新語(yǔ)言時(shí)，您可能會(huì)決定您的編譯器不生成機(jī)器代碼，而是生成 C 代碼，然后將其交給 C 編譯器。這是一種標(biāo)準(zhǔn)的方法，它不會(huì)讓您從編寫編譯器的過程中擺脫任何有趣的部分：您仍然需要構(gòu)建一個(gè)編譯器。

二、創(chuàng)建編程語(yǔ)言編譯器的步驟

為一種復(fù)雜的編程語(yǔ)言編寫一個(gè)嚴(yán)肅的編譯器是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。這需要一支技術(shù)精湛的龐大團(tuán)隊(duì)。

例如，F(xiàn)ORTRAN 1 編譯器的開發(fā)就花費(fèi)了大約 3 年時(shí)間。FORTRAN 語(yǔ)言是為科學(xué)計(jì)算而設(shè)計(jì)的，它改變了這一領(lǐng)域的游戲規(guī)則，至今仍被廣泛使用。他們做得很好，幾乎改變了計(jì)算的歷史。

盡管復(fù)雜得嚇人，但編譯器只有 5 個(gè)主要部分：

1.詞法分析。識(shí)別語(yǔ)言關(guān)鍵字、運(yùn)算符、常量和語(yǔ)法定義的每個(gè)標(biāo)記。

2.解析。對(duì)標(biāo)記流進(jìn)行 "理解"，即把每對(duì)標(biāo)記之間的關(guān)系編碼成樹狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種樹狀結(jié)構(gòu)旨在描述每行源代碼中操作的含義。

3.語(yǔ)義分析。可能是所有步驟中最晦澀難懂的一個(gè)。主要涉及理解類型和檢查源代碼 "含義"(而不僅僅是語(yǔ)法)中的不一致性。艱難。

4.優(yōu)化。無論編譯前的源代碼有多好，都有可能在進(jìn)行低級(jí)編碼(直到機(jī)器碼)時(shí)實(shí)現(xiàn)一些優(yōu)化。比如內(nèi)存優(yōu)化，甚至功耗優(yōu)化。當(dāng)然，還有運(yùn)行時(shí)優(yōu)化。

5.代碼生成。原始代碼的優(yōu)化版本最終被翻譯成可執(zhí)行代碼。

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