java开发C编译器：结构体的解析和执行

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用java开发C语言编译器

结构体是C语言中，最为复杂的原生数据结构，它把多种原生结构结合在一起，形成一个有特点含义的数据结构，要实现一个完整的C语言编译器或解释器，就必须要拥有对结构体的解析能力，本节，我们在当前解释器的基础上，增加结构体的解释执行能力，完成本节后，我们的解释器可以解析执行下面代码：

void main() {

struct TAG {
int v1;
int v2;
char v3;
} tag;

struct TAG  myTag;
struct TAG  herTag;
myTag.v1 = 1;
herTag.v1 = 2;

printf("set filed v1 of struct myTag to value : %d, and v1 of herTag to value : %d", myTag.v1, herTag.v1);

}

我们先回忆一下结构体的语法表达式：

struct_specifier -> STRUCT OPT_TAG LC def_list RC
| STRUCT tag;

我们对比下具体的结构体定义和语法表达式的对应关系：

struct TAG {
int v1;
int v2;
char v3;
} tag;

上面定义中struct 是关键字，对应语法表达式中的STRUCT终结符，TAG 是结构体定义名，对应表达式中的OPT_TAG; int v1;int v2; char v3; 这三个变量定义对应于def_list,.

另一个与结构体相关的语法表达式是：

unary -> unary STRUCTOP NAME

上面表达式用来说明对结构体某个值域的引用，例如语句myTag.v1就可以对应上面的语句，STRUCTOP是终结符，他对应的文本字符为”.”, 或 “->”.

在前面的课程我们详细说明过，当解释器解析到结构体的定义时，它先给结构体变量构建一个symbol对象，该symbol对象的修饰符，也就是specifier含有一个结构体叫StructDefine, StructDefine 会为结构体中的每一个变量创建一个Symbol对象，然后把这些对象串联成一个队列，仍然以上面的结构体定义为例，我们的解释器解析后，形成如下结构：

（图一）



当我们定义一个结构体变量时，例如语句struct TAG myTag; 任何有关变量声明的语句经过一系列递归后，最后对应的语法表达式为：

def -> specifiers decl_list SEMI;

当解释器解析代码是，递归到上面的表达式时，解释器要判断一下，当前声明的变量是否是结构体，如果是的话，那么必须为当前结构体变量赋值一份结构体内部的变量所对应的Symbol队列，也就是说，当解释器解析到语句 struct TAG myTag;时，会把上图的结构再复制一份：

（图二）



这样一来，对结构体某个变量的值域的读写，直接转换成对某个变量Symbol的读写就可以了，例如代码中的语句：

myTag.v1 = 1;

这相当与把数值1写入到上图中最下面v1所对应的Symbol对象即可。

我们看看相应的代码实现，第一步就是，当解析到结构体的变量声明时，把结构体定义的符号表数据结构复制一份，也就是从图1到图2的过程：

public class LRStateTableParser {
....
private void takeActionForReduce(int productNum) {

switch(productNum) {
....
case CGrammarInitializer.Specifiers_DeclList_Semi_TO_Def:
Symbol symbol = (Symbol)attributeForParentNode;
TypeLink specifier = (TypeLink)(valueStack.get(valueStack.size() - 3));
typeSystem.addSpecifierToDeclaration(specifier, symbol);
typeSystem.addSymbolsToTable(symbol, symbolScope);

handleStructVariable(symbol);
break;
....
}
....
}

private void handleStructVariable(Symbol symbol) {
//先看看变量是否属于struct类型
boolean isStruct = false;
TypeLink typeLink = symbol.typeLinkBegin;
Specifier specifier = null;
while (typeLink != null) {
if (typeLink.isDeclarator == false) {
specifier = (Specifier)typeLink.getTypeObject();
if (specifier.getType() == Specifier.STRUCTURE) {
isStruct = true;
break;
}
}

typeLink = typeLink.toNext();
}

if (isStruct == true) {
//把结构体定义中的每个变量拷贝一份，存储到当前的symbol中
StructDefine structDefine = specifier.getStructObj();
Symbol copy = null, headCopy = null, original = structDefine.getFields();
while (original != null) {
if (copy != null) {
Symbol sym = original.copy();
copy.setNextSymbol(sym);
copy = sym;
} else {
copy = original.copy();
headCopy = copy;
}

original = original.getNextSymbol();
}

symbol.setArgList(headCopy);
}
}

handleStructVariable 这个函数的作用就是把图一中的结构复制一遍，实现从图一到图二的转换。这样一来，当声明同一个结构体类型的不同变量时，就像我们的示例代码中，声明了两个结构体变量，分别是myTag,herTag, 那么对应v1的Symbol对象就有两份，对不同的v1赋值，实际上是把数值赋值到不同的Symbol对象中。

我们再看看对结构体变量的读写，例如语句:

myTag.v1 = 1;

当执行上面语句时，解释器先获得要读写的结构体变量对应域的名称，上面给定代码，要赋值的域的名称是”v1”, 然后在符号表中，找到变量名myTag对应的Symbol对象，然后找到Specifer,进而找到StructDefine对象，在该对象中，找到结构体里面各个变量所对应的Symbol队列，然后利用域的名称字符串“v1”,在队列中找到独有的Symbol对象，最后把数值1写入到该Symbol对象中。

相应代码如下：

public class UnaryNodeExecutor extends BaseExecutor{

@Override
public Object Execute(ICodeNode root) {
....
case CGrammarInitializer.Unary_StructOP_Name_TO_Unary:
child = root.getChildren().get(0);
String fieldName = (String)root.getAttribute(ICodeKey.TEXT);
symbol = (Symbol)child.getAttribute(ICodeKey.SYMBOL);

Symbol args = symbol.getArgList();
while (args != null) {
if (args.getName().equals(fieldName)) {
break;
}

args = args.getNextSymbol();
}

if (args == null) {
System.err.println("access a filed not in struct object!");
System.exit(1);
}

root.setAttribute(ICodeKey.SYMBOL, args);
root.setAttribute(ICodeKey.VALUE, args.getValue());
break;
....
}
}

如果通过结构体对应成员的名字字符串，在StructDefine中的Symbol队列中找不到给定名字的Symbol对象，这表明程序要访问结构体定义中不存在的变量，从而我们的程序就会因此种异常而退出。

本节内容较为复杂，请参看视频获得更详实的讲解和代码调试演示。

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