编译器动手实践之：实现C语言函数定义的语法解析1

本文技术细节较为复杂，请参看视频得到更详细的演示和讲解：
用java开发编译器

C语言是一种面向过程的语言，面向过程是指，将实现一个逻辑功能的代码集中到一起，每次需要使用的时候，再调用这些代码集合，这种代码集合就是函数。写C语言其实就是写一个个函数，因此对函数实现的语法解析是C语言编译器语法解析中，最复杂的，我们以前解析的各种结构体，枚举类型，变量定义等，都会间套到函数实现中，于此函数实现的解析要能够对所有C语言的数据类型进行处理，因此函数定义的解析是最为复杂的。

对复杂问题的处理，最有效的办法是将他切块分解，把复杂系统分解成足够小，足够简单的模块，吃透每一个简单的模块，那么原来难以掌握的复杂系统就可以掌握了，我们这次也采用这种分而治之的办法，一点一滴的实现完全的函数定义解析。

这次，我们先看看，类似如下的函数定义，如何完成语法解析：

void f() {int a;int b;a = 1;b = 2;int c;c = a > b ? a : b;return c;}

我们看看，对应上面函数定义的相关语法：

EXT_DEF -> OPT_SPECIFIERS FUNCT_DECL COMPOUND_STMTCOMPOUND_STMT-> LC LOCAL_DEFS STMT_LIST RCLOCAL_DEFS -> DEF_LISTEXPR -> NO_COMMA_EXPRNO_COMMA_EXPR -> NO_COMMA_EXPR EQUAL NO_COMMA_EXPRNO_COMMA_EXPR -> NO_COMMA_EXPR QUEST  NO_COMMA_EXPR COLON NO_COMMA_EXPRNO_COMMA_EXPR -> BINARYBINARY -> UNARYUNARY -> NUMBERUNARY -> NAMEUNARY -> STRINGSTMT_LIST -> STMT_LIST STATEMENTSTMT_LIST ->  STATEMENTSTATEMENT -> EXPR SEMISTATEMENT -> RETURN EXPR SEMIBINARY -> BINARY RELOP BINARYBINARY -> BINARY EQUOP BINARYBINARY -> BINARY START BINARYSTATEMENT -> LOCAL_DEFS

大家可以看到，语法表达式相当多，但解析过程其实没有太复杂。我们先看个大概，COMPOUND_STMT对应的是函数实现中{..} 大括号包起来的那部分。UNARY对应变量名，数字，或字符串常量，在上面的例子中，变量a, b, 数字2, 3等都属于UNARY, BINARY 是UNARY 的组合， 像 a = 1, b = 2 之类的都属于BINARY. BINARY 组合起来就是NO_COMMA_EXPR， 例如语句c = a > b ? a : b;就属于NO_COMMA_EXPR，它是由多个BINARY组合起来的， 例如 a > b 就是一个BINARY.

EXPR 其实是 NO_COMMA_EXPR 的组合，为了简单起见，在这里先把他两等价，STATEMENT 是多个EXPR 的组合， STMT_LIST 又是多个STATEMENT的组合。

LOCAL_DEFS 对应于变量定义，像 int a, int b 这种语句就是，只不过这些变量定义是在函数体内，属于局部变量。

一旦函数实现的解析全部完成后，我们接下来就要进入类型检测和代码生成了，后续我可能会先用java做一个C语言的解释器，然后再实现代码生成。下面我们看看解析器是如何解析上面的函数实现的。

解析器的解析流程

1： 读入void , 得到其对应的标签TYPE, 然后通过一系列表达式变换：
TYPE_SPECIFIER -> .TYPE
TYPE_OR_CLASS -> .TYPE_SPECIFIER
SPECIFIERS -> .TYPE_OR_CLASS
OPT_SPECIFIERS -> .SPECIFIERS
得到非终结符OPT_SPECIFIERS ， 这样我们就得到起首表达式
EXT_DEF -> OPT_SPECIFIERS FUNCT_DECL COMPOUND_STMT
右边的第一个非终结符了。

2：接着读入函数名f, 得到标签NAME, 然后读入左括号，得到标签LP, 读入右括号，得到标签RP, 然后我们可以通过表达式FUNCT_DECL -> .NEW_NAME LP RP进行reduce操作，这样我们又得到了起首表达式右边部分的第二个非终结符。

3： 读入左大括号，得到标签LR, 然后读入关键字int, 得到标签TYPE, 对于TYPE，解析器触发的reduce流程跟上面是一样的，通过表达式：
TYPE_SPECIFIER -> .TYPE
TYPE_OR_CLASS -> .TYPE_SPECIFIER
SPECIFIERS -> .TYPE_OR_CLASS
进行一系列回归后，得到非终结符SPECIFIERS

4: 读入变量名a, 得到标签NAME,通过表达式：
NEW_NAME -> .NAME
VAR_DECL -> .NEW_NAME
DECL -> .VAR_DECL
DECL_LIST -> .DECL
进行递归，然后再读入分号，获得标签SEMI, 这样的话，解析堆栈上就满足:
DEF -> .SPECIFIERS DECL_LIST SEMI
于是reduce后得到DEF, 再通过表达式DEF_LIST -> DEF, LOCAL_DEFS -> .DEF_LIST 得到非终结符LOCAL_DEFS，这样起非终结符COMPOUND_STMT的右边第二个非终结符就产生了。

5： 接着读入 int b ;, 对该语句的解析与步骤4完全一样，于是可以得到非终结符LOCAL_DEFS，然后再通过表达式
STATEMENT -> .LOCAL_DEFS
STMT_LIST -> .STATEMENT
递归，由此我们得到非终结符STMT_LIST，这个非终结符是COMPOUND_STMT表达式右边的第3个符号。

6：接着读入变量名a, 返回标签NAME, 根据表达式：
UNARY -> .NAME
BINARY -> .UNARY
NO_COMMA_EXPR -> .BINARY
得到非终结符NO_COMMA_EXPR，

7： 读入符号=，返回标签EQUAL, 读入等号后面的数值1，得到标签NUMBER,然后通过表达式：
UNARY -> .NUMBER
BINARY -> .UNARY
NO_COMMA_EXPR -> .BINARY
再次获得非终结符NO_COMMA_EXPR，这样我们就得到了表达式
NO_COMMA_EXPR -> .NO_COMMA_EXPR EQUAL NO_COMMA_EXPR
的右边部分，然后再通过表达式
EXPR -> .NO_COMMA_EXPR
进行reduce, 然后读入分号SEMI, 于是表达式
STATEMENT -> .EXPR SEMI
的右边部分得到满足。最后通过表达式
STMT_LIST ->STATEMENT 进行reduce, 由此语句a = 1 ; 其实对应于非终结符STMT_LIST

8： 读入语句 b = 2, 解析过程跟上面一模一样.

9: 读取语句 int c; 它的解析跟步骤4一模一样。

10：接下来要解析的语句就是：
c = a > b ? a : b;
先把变量名c,读入，得到标签NAME,然后根据表达式：
UNARY -> .NAME
BINARY -> .UNARY
NO_COMMA_EXPR -> .BINARY
这样变量c就对应于非终结符NO_COMMA_EXPR，接着读入等号，返回标签EQUAL, 然后读入变量名c, 根据表达式：
UNARY -> .NAME
BINARY -> .UNARY
递归，也就相当于将a对应于BINARY, 接着读入>,得到标签RELOP, 接着读入变量b,推导方式跟a一样，将b对应于标签BINARY. 接着通过表达式：
BINARY -> .BINARY RELOP BINARY
进行递归，也就是 a > b 这个语句其实对应非终结符BINARY.
继续根据表达式：
NO_COMMA_EXPR -> .BINARY
将BINARY转换成NO_COMMA_EXPR， 于是表达式
NO_COMMA_EXPR -> .NO_COMMA_EXPR EQUAL NO_COMMA_EXPR
右边就成立了，接着读入符号？返回标签QUEST, 读入问号后面的变量a,通过表达式：
UNARY -> .NAME
BINARY -> .UNARY
NO_COMMA_EXPR -> .BINARY
进行递归，这样变量a等价于非终结符NO_COMMA_EXPR。
读入冒号，得到标签COLON, 读入冒号后面的变量b ，b的解读推导方式与a一样，通过同样的变换后得到标签NO_COMMA_EXPR, 于是表达式：
NO_COMMA_EXPR -> .NO_COMMA_EXPR QUEST NO_COMMA_EXPR COLON NO_COMMA_EXPR
右边成立，整语句c = a > b ? a : b; 可以对应于非终结符NO_COMMA_EXPR。

11： 通过表达式：
EXPR -> .NO_COMMA_EXPR
递归，然后读入分号，EXPR SEMI 结合就满足表达式
STATEMENT -> .EXPR SEMI
有了STATEMENT，再通过表达式
STMT_LIST -> .STMT_LIST STATEMENT
递归一次，这样当前解读到的所有语句：
int a;
int b;
a = 1;
b = 2;
int c;
c = a > b ? a : b;
都属于非终结符STMT_LIST

12： 读入关键字return, 返回标签RETURN, 读入变量c,通过表达式：
UNARY -> .NAME
BINARY -> .UNARY
NO_COMMA_EXPR -> .BINARY
EXPR -> .NO_COMMA_EXP
将变量c解读为EXPR， 然后再读入分号，于是 RETURN EXPR SEMI构成表达式STATEMENT -> .RETURN EXPR SEMI
的右边，因此得到非终结符STATEMENT，再通过表达式：
STMT_LIST -> .STMT_LIST STATEMENT
递归一次，于是大括号里面的所有语句全部被对应到STMT_LIST。

13：读入右括号}, 也就是LC, 这样表达式：
COMPOUND_STMT -> .LC LOCAL_DEFS STMT_LIST RC
就满足了，我们也就得到起首表达式右边最后一个非终结符。

14：此时我们可以根据起首表达式递归：
EXT_DEF -> .OPT_SPECIFIERS FUNCT_DECL COMPOUND_STMT
得到EXT_DEF 后，就可以自动回归到全局非终结符。

由此整个函数定义就可以被我们的语法解析器接收了。