java开发C语言编译器：为C语言提供API调用

更详细的讲解和代码调试演示过程，请参看视频
用java开发C语言编译器

我们第一次使用C语言开发程序时，往往是在控制台上打印一句”Hello World”,实现打印语句功能的函数是printf, 这个函数是有C语言的链接库提供的，开发者可以直接调用，类似于这种无需自己实现，直接可以调用的函数，我们都称为库函数，或是API, 本节，我们要为当前构建的虚拟机提供C语言库函数，我们要给解释器提供一种函数调用机制，这些函数无需程序自己实现，而是由我们的解释器提供的，C语言程序直接调用即可，这节，我们要实现的一个库函数就是printf. 完成本节代码后，我们的解释器能解释执行下面程序：

void main() {printf("a is %d:",1);}

printf函数是我们解释器提供给代码的，有了库函数，程序的开发便能高效很多。

库函数机制的实现由新构造的类ClibCall,我们先看看它的实现代码：

package backend;import java.util.ArrayList;import java.util.HashSet;import java.util.Set;public class ClibCall {    private Set<String> apiSet;    private ClibCall() {        apiSet = new HashSet<String>();        apiSet.add("printf");    }    private static ClibCall instance = null;    public static ClibCall getInstance() {        if (instance == null) {            instance = new ClibCall();        }        return instance;    }    public boolean isAPICall(String funcName) {        return apiSet.contains(funcName);    }    public Object invokeAPI(String funcName) {        switch (funcName) {        case "printf":            return handlePrintfCall();        default:            return null;        }    }    private Object handlePrintfCall() {        ArrayList<Object> argsList = FunctionArgumentList.getFunctionArgumentList().getFuncArgList(false);        String argStr = (String)argsList.get(0);        String formatStr = "";        int i = 0;        int argCount = 1;        while (i < argStr.length()) {            if (argStr.charAt(i) == '%' && i+1 < argStr.length() &&                     argStr.charAt(i+1) == 'd') {                i += 2;                formatStr += argsList.get(argCount);                argCount++;            } else {                formatStr += argStr.charAt(i);                i++;            }        }        System.out.println(formatStr);        return null;    }}

ClibCall 包含了一个集合类叫apiSet, 其用于存储库函数的函数名，当代码中有函数调用时，解释器拿到被调函数的名字，提交给ClibCall, 该类会在apiSet中查找是否含有与给定名字相同的字符串，如果有，那意味着该函数属于库函数。

由于目前我们只实现了一个库函数printf, 因此初始化时，我们把字符串”printf”加入到该集合中。 isAPICall 传入的是函数名，如果函数名包含在apiSet里面，那么返回true, 表明他是库函数调用。

invokeAPICall 用来执行给定的库函数，传入参数是库函数的名称。在里面，解释器根据不同的库函数名称，去实现不同的库函数。handlePrintfCall用于实现printf调用，首先，它获得输入参数，第一个输入参数是要显示到控制台上的字符串，在字符串中，可能会含有格式化字符，当前我们实现的printf可接受的格式化字符是%d. 在printf的模拟实现中，我们遍历每一个字符，当遇到%d时，我们从参数列表中获得对应的数值，然后把数值替换%d格式符，最后通过println把格式化后的字符串打印到控制台上。

有了库函数调用后，每当解释器解析到函数调用是，需要确定当前调用的函数是代码自己实现的，还是库函数提供的，这个机制的实现在UnaryExecutor中，代码如下：

public class UnaryNodeExecutor extends BaseExecutor{    @Override    public Object Execute(ICodeNode root) {        executeChildren(root);        int production = (Integer)root.getAttribute(ICodeKey.PRODUCTION);         String text ;        Symbol symbol;        Object value;        ICodeNode child;        switch (production) {        ....        case CGrammarInitializer.Unary_LP_ARGS_RP_TO_Unary:            //先获得函数名            String funcName = (String)root.getChildren().get(0).getAttribute(ICodeKey.TEXT);            if (production == CGrammarInitializer.Unary_LP_ARGS_RP_TO_Unary) {                ICodeNode argsNode = root.getChildren().get(1);                ArrayList<Object> argList = (ArrayList<Object>)argsNode.getAttribute(ICodeKey.VALUE);                FunctionArgumentList.getFunctionArgumentList().setFuncArgList(argList);             }            //找到函数执行树头节点            ICodeNode func = CodeTreeBuilder.getCodeTreeBuilder().getFunctionNodeByName(funcName);            if (func != null) {                Executor executor = ExecutorFactory.getExecutorFactory().getExecutor(func);                executor.Execute(func);                Object returnVal = func.getAttribute(ICodeKey.VALUE);                if (returnVal != null) {                    System.out.println("function call with name " + funcName + " has return value that is " + returnVal.toString());                    root.setAttribute(ICodeKey.VALUE, returnVal);                }            } else {                ClibCall libCall = ClibCall.getInstance();                if (libCall.isAPICall(funcName)) {                    Object obj = libCall.invokeAPI(funcName);                    root.setAttribute(ICodeKey.VALUE, obj);                }             }        ....        }

当解释器解析函数调用时，它现在函数调用表中，查找给定函数的语法执行树头结点，如果找不到的话，那么解释器知道，这个函数是库函数，于是调用ClibCall来处理，它先通过isAPICall来判断，给定函数是否是库函数，如果是的话，则调用invokeAPI来执行库函数提供的功能。

有了ClibCall, 以后我们想要添加新的库函数时，只要修改ClibCall的实现即可，基于现在的架构基础上，我们今后可以快速的实现更多库函数，从而让我们的解释器越来越强大！

更加具体的代码解释和调试过程请参看视频。

更多技术信息，包括操作系统，编译器，面试算法，机器学习，人工智能，请关照我的公众号：