开发自己的编程语言（五）—— CIL中间代码的生成

    在编译原理中，最难的步骤应该是代码的优化。只有通过不停的优化代码才能得到更好的性能，而性能又是商业编译器的重要指标。这一切就注定了码优化是一个没有止境的过程。但是对于不争早夕的初级语言来说，这一步骤就显得可有可无，因为有足够的时间让我去等待一个结果的出现。就像我花了很长很长的时间去等待斐波那契第30个结果的出现，而一个经过优化的编译器能在很短的时间内完成计算。

    除了代码的优化，中间语言的生成好像也是一根难啃的骨头。Snail Language的最终目标是成为一款.NET语言，所以将自己编译成CIL的过程也在所难免。在我实现编译器之前，我对中间语言生成的步骤一直处于雾里看花终隔一层。但随着实践的深入，有一朝我突然顿悟：将snail language翻译成CIL，其实就是用CIL实现当前的语义；和将snail language翻译成java、C的过程是一致的；翻译的过程不存在一个标准的教程，好坏都凭作者对语言的理解能力和写代码的功力。于是乎，我开始了自己的试验。

我的目标是翻译Snail Language的一小段特定的代码到CIL。（目前的release版本只支持下面片段）

Snail Language：

if(1 < 2)
{
print(100)
}

我们用TR()函数对表达式进行翻译，TR函数有两个重载TR(node)和TR("string")，一个对节点进行递归操作，如果当前node是一个终结符，就调用字符串求值。

分析过程如下：

如果是 if 表达，肯定有一个跳转语句，语句有两部分组成ifnode和跳转标签IFLabel：TR(ifnode) + TR("IFEnd");
ifnode由两部分组成，括号表达式和块表达式：TR(parent_expr) + TR(Block_expr);
parent_expr：TR(Number1) + TR(Opt) + TR(Number2)。由于在汇编中两个操作符必须先压栈，然后调用操作符。所有表达式的过程如下：
parent_expr：TR(Number1) + TR(Number2) + TR(Opt)。现在例子中的数据为TR(1) + TR(2) + TR("<")。
1和2是操作数需要压栈：TR("ldc.i4 1") + TR("ldc.i4 2") + TR("bgt IFLabel")。这一步表示对两个操作数压栈，然后进行比较：如果number1 > number2，则不执行Block_expr，直接跳转到ifnode的结尾，也就是IFLabel。
对print表达式，也要做节点求值顺序的变换：TR(number) + TR(printnode)。我们知道print的操作数为int，所以就用call void[mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)替换print语句。

得到的CIL结果：

ldc.i4 1
ldc.i4 2
bgt IFEnd
ldc.i4 100
call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
IFEnd:

验证结果：

将上面的CIL片段，放入CIL文件中。

.assembly extern mscorlib {}
.assembly Test{.ver 1:0:1:0}
.module test.exe

.method static void main() cil managed
{
.maxstack 3
.entrypoint
ldc.i4 1
ldc.i4 2
bgt IFEnd
ldc.i4 100
call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
IFEnd:
Exit:
ret
}

 

执行CIL：

我们用ilasm.exe编译Snail Language生成的CIL。ilasm是一个MS提供的可执行文件，用于将CIL文件编译成exe文件。实验结果和我们预期的一致。

> ilasm test.il
> test.exe
==> 100

两种实现方案：

    将Snail Language编译成CIL，有两种可选的方案。第一：将Snail用上述的方式打包成exe文件。第二，对于生成的CIL文件，我们不直接打包成exe，而是用snail从新解析执行CIL，得到运行结果。第一种方案完全依赖于.NET runtime，而不需要自己去解析代码的逻辑。第二种方案比较灵活，以后可以进一步脱离.NET，实现自己的虚拟机。

 

软件下载：

http://download.csdn.net/detail/u012813593/6844057

选择生成中间语言：菜单 -> 编译 -> 中间语言(打勾)

测试代码：

if(1 < 2)
{
print(1)
}
else if (2 < 3)
{
print(3)
}
else
{
print(4)
}

结果：

ldc.i4 1
ldc.i4 2
bgt IfEnd1
ldc.i4 1
call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
br ElseEnd1
IfEnd1:
ldc.i4 2
ldc.i4 3
bgt IfEnd2
ldc.i4 3
call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
br ElseEnd2
IfEnd2:
ldc.i4 4
call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
ElseEnd2:
ElseEnd1:

目前还只有实现上述简单的代码，如果其他代码有bug，请关注后期修改。