blog-static/00_compiler_intro.ru.md at cd574b43fdddf8b6777610f94897d70697533af9

Web-Projects/blog-static

Fork 0

Danila Fedorin cd574b43fd Finalize draft of compilers part 0.

2020-09-02 16:56:37 -07:00

13 KiB

Raw Blame History

title

date

Примечание к Русской Версии

Вы читаете русскою версию этой статьи. Оригинал ее был написан год назад, и с тех пор объем всей серии немного изменился. Я планировал описать только те части компилятора, которые я успел закончить и сдать профессору: лексический анализ, синтаксический разбор, мономорфную проверку типов, и компиляцию простых выражений с помощью LLVM. Закончив и описав все эти части, я решил продолжать разрабатывать компилятор, и описал сборку мусора, полиморфную проверку типов, полиморфные структуры данных, а также компиляцию более сложных выражений. Вместо того чтобы писать наивный перевод английской версии -- притворяясь что я не знаю о перемене моих планов -- я буду вносить в эту версию изменения соответствующие сегодняшнему состоянию компилятора. Части статей не затронутые этими изменениями я тоже не буду переводить слово в слово, иначе они будут звучать ненатурально. Тем не менее техническое содержание каждой статьи будет аналогично содержанию ее английской версии, и код будет тот же самый.

Мотивация

Начать эту серию меня подтолкнули две причины.

Во-первых, почти все учебники и вступления к созданию компиляторов, с которыми я сталкивался, были написаны об императивных языках, часто похожих на C, C++, Python, или JavaScript. Я считаю, что в компиляции функциональных языков -- особенно ленивых -- есть много чего интересного, и все это относительно редко упоминается.

Во-вторых, меня вдохновили книги, как Software Foundations. Все содержание Software Foundations, например, написано в форме комментариев языка Coq. Таким образом, можно не только читать саму книгу, но и сразу же запускать находящийся рядом с комментариями код. Когда описываемый код под рукой, легче экспериментировать и интереснее читать. Принимая это во внимание, я выкладываю вместе с каждой статьей соответствующую версию компилятора; в самой статье описывается код именно из этой версии. Все части написанной мною программы полностью доступны.

Обзор

Прежде чем начинать наш проект, давайте обсудим, чего мы будем добиваться, и какими способами.

“Классические” Стадии Компилятора

Части большинства компиляторов достаточно независимы друг от друга (по крайней мере в теории). Мы можем разделить их на следующие шаги:

Лексический анализ
Синтаксический разбор
Анализ и оптимизация
Генерация кода

Не все вышеописанные шаги встречаются в каждом компиляторе. Например, компилятор в моих статьях совсем не оптимизирует код. Также, в некоторых компиляторах присутствуют шаги не упомянутые в этом списке. Язык Idris -- как и многие другие функциональные языки -- переводится сначала в упрощённый язык “TT”, и только после этого проходит через анализ. Иногда, с целью ускорить компиляцию, несколько шагов производятся одновременно. В целом, все эти стадии помогут нам сориентироваться, но никаким образом нас не ограничат.

Темы, Которые Мы Рассмотрим

Мы начнем с нуля, и пошагово построим компилятор состоящий из следующих частей:

Лексического анализа с помощью программы Flex.
Синтаксического разбора с помощью программы Bison.
Сначала мономорфной, а позже полиморфной проверки типов.
Вычисления программ используя абстрактную машину G-machine.
Компиляции абстрактных инструкций G-machine используя LLVM.
Простого сбора мусора.

Наша цель - создать ленивый, функциональный язык.

Темы, Которые Мы Не Рассмотрим

Для того, чтобы создать любую нетривиальную программу, нужно иметь значительный объем опыта и знаний; одному человеку было бы сложно научить всему этому. У меня буквально не хватило бы на это времени, да и исход такой попытки был бы неблагоприятным: опытным читателям было бы труднее извлечь из статей новую информацию, а неопытным читателям все равно было бы недостаточно подробно. Вместо того, чтобы портить таким образом свои статьи, я буду полагаться на то, что вы достаточно комфортно себя чувствуете с некоторыми темами. В число этих тем входят:

Теория вычислений, более конкретно теория автоматов. Детерминированные и недетерминированные автоматы кратко упоминаются в первой статье во время лексического анализа, a синтаксический разбор мы выполним используя контекстно-свободную грамматику.
Функциональное программирование, с легкой примесью лямбда-исчисления. Мы будем пользоваться лямбда-функциями, каррированием, и системой типов Хиндли-Мильнер, которая часто встречается в языках семейства ML.
С++. Я стараюсь писать код правильно и по последним стандартам, но я не эксперт. Я не буду объяснять синтаксис или правила С++, но разумеется буду описывать что именно делает мой код с точки зрения компиляторов.

Синтаксис Нашего Языка

Саймон Пейтон Джоунс, в одном из своих ~~двух~~ многочисленных трудов на тему функциональных языков, отметил что большинство из этих языков по сути очень похожи друг на друга; часто, главная разница состоит именно в их синтаксисе. На данный момент, выбор синтаксиса - наша главная степень свободы. Нам точно нужно предоставить доступ к следующим вещам:

Декларациям функций
Вызову функций
Арифметике
Aлгебраическим типам данных
Сопоставлению с образцом

Позже, мы добавим к этому списку выражения let/in и лямбда-функции. С арифметикой разобраться не сложно - числа будут писаться просто как 3, значения выражений как 1+2*3 будут высчитываться по обычным математическим правилам. Вызов функций ненамного сложнее. Выражение f x будет значить “вызов функции f с параметром x”, а f x + g y - “сумма значений f x и g y”. Заметьте, что вызов функций имеет приоритет выше приоритета арифметических операций.

Теперь давайте придумаем синтаксис для деклараций функций. Я предлогаю следующий вариант:

defn f x = { x + x }

А для типов данных:

data List = { Nil, Cons Int List }

Заметьте, что мы пока пользуемся мономорфными декларациями типов данных. Позже, в одиннадцатой части, мы добавим синтаксис для полиморфных деклараций.

В последнюю очередь, давайте определимся с синтаксисом сопоставления с образцом:

case l of {
    Nil -> { 0 }
    Cons x xs -> { x }
}

Представленная выше распечатка читается как: “если лист l сопоставим с Nil, то все выражение возвращает значение 0; иначе, если лист сопоставим с Cons x xs (что, опираясь на декларацию List, означает, что лист состоит из значений x, с типом Int, и xs, с типом List), то выражение возвращает x”.

Вот и конец нашего обзора! В следующей статье, мы начнем с лексического анализа, что является первым шагом в процессе трансформации программного текста в исполняемые файлы.

Список Статей

Ой! Тут как-то пусто.
Вы, наверно, читаете черновик.
Если нет, то пожалуйста напишите мне об этом!

13 KiB Raw Blame History Unescape Escape