从零开始开发JVM语言（八）从类型定义开始的语义分析

摘要: 编译器 语义分析

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语义分析的结果会被送去字节码生成器，所以该结果必须接近字节码。而字节码格式是以类为单位的，所以语义分析的结果也应当是“类”。

这里的类不光是

class

，还包括了

interface

。在字节码和标准库的反射中，并不对两者做区分，只是将interface作为一个“修饰符”而已。同样的还有annotation（由于

Latte-lang

不支持定义注解，注解需要用java定义然后在

Latte

中使用。所以结果中不包括注解）。在语言层面，类和接口区别非常大，所以在这里还是将两者做了区分。

由于语义分析没有统一的算法，各个语言的特性也不同，所以下文将直接以Latte-lang实现的语义分析为模板进行描述，不会具有普遍性。但是对于类java语言完全可以照搬这一套实现方式。若是Lisp系之类与java相差非常大的，看一看也无妨。因为这一套结构实际上是对字节码的一种“封装”，毕竟JVM语言总是需要转为字节码的。

由于我定下的语义分析输出是接近字节码的表示，那么语义分析就必须输出一个个类型而不是单个的语句。而且任何值都会包含类型，所以总是需要先解析类型的。

#步骤
我将语义分析分为4步

注：为了本系列文章前后连贯且不受更新影响，所有链接都指向曾经版本的一个

tag

。代码结构与最新版是一致的，不过有些具体实现会变更（已知方法重写和方法寻找逻辑有问题并已在后续版本做了修复）

recording 记录所有等待解析的类型。记录类型名称和类型的种类（类、接口），记录下每个文件对应的

import

signatures 记录父类，接口，对类型填入构造函数、方法、字段，以及以上所有位置的注解。这个步骤会完成继承树的构建，方法、构造函数签名的完成（方法名、参数类型），但是实际的指令或值只会很有限的解析出来（例如默认参数）。

validate 验证有效性。检查以下：

循环继承

方法重写

abstract方法 非abstract类是否重载了所有的abstract方法。

注解 一些注解的检查，例如@Override/@FunctionalInterface/@FunctionalAbstractClass

data class data class必要方法的生成。

parse 最重要的步骤：对方法、注解填入各种指令和值

前三步的代码量相对还是比较少的。

#第一步
第一步，对于类型需要建立一个

Map<String,STypeDef> types

用于记录即可。这个Map不光需要记录“待解析”的类型，还需要记录已经编译完成的类型。对于

import

需要建立一个

Map<String,List<Import>> fileNameToImport

，表示文件名到

import

的映射。
首先找出当前的

package

命名空间，然后这个文件中所有的类都在这个命名空间下，遇到类/接口时也可以方便的构造完整类名。
然后找出所有的

Import

并记录在List中。当寻找结束时就可以存入

fileNameToImport

映射中了。
最后一次遍历，找出所有的类型定义，并获得完整类名，记录在

types

映射中。

#第二步

第二步就开始“恶心”了。个人建议构造一个

STypeDef getTypeWithName(String name,LineCol lineCol)

函数(点击这里看源码)。接收名称和行号信息，并返回找到的类型。 这个函数需要保证类的内容是“懒加载”的，否则会出现无限循环。例如：

class X
method():X

也就是说，类为

X

，其中有一个方法的返回类型也是

X

。若在构造这个类型时就试图将方法解析出来，则会不断尝试获取

X

类型，从而陷入无限循环。
正确做法是将那些不存在循环的内容先解析出来，然后记录这个类型，最后再解析那些可能造成循环的内容。

要获取已编译的类信息，可以解析字节码，也可以直接使用反射库。用反射好处在于动态加载的字节码也可以获取到，而解析字节码可以保证取得一切信息，包括非标准的Attribute以及运行时不可见注解。

这一步最关键的一点是统一。已编译的类型和未编译的类型的来源是不一致的，但它们必须变为统一且一致的结构。这实际上也算是设计语言时需要考虑到的一步。

例如，为了与java完美互通，

Latte-lang

没有实现null值检查。因为若是要加上，那么所有java类库实际上都是

nullable

的，编码时会加上无数不必要的null check。

下一篇单独描述一下第三步的做法。第三步里包含了一个值得思考和提升的算法（方法重写检查算法、是否重写了所有abstract方法的检查）。

最后，希望看官能够关注我的编译器哦～Latte