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f886933d7c
commit
e6bf9ecd12
@ -1,193 +0,0 @@
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package org.jcnc.snow.compiler.builder;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IRFunction;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IROp;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IRProgram;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.instr.BinOpInstruction;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.instr.LoadConstInstruction;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.instr.ReturnInstruction;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.value.Constant;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.value.VirtualRegister;
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import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.*;
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import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.base.ExpressionNode;
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import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.base.Node;
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import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.base.StatementNode;
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import java.util.HashMap;
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import java.util.List;
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import java.util.Map;
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/**
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* BasicIRBuilder 类 —— 负责将 AST（抽象语法树）转换为 IR（中间表示）。
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* <p>
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* 支持的功能包括：
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* <ul>
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* <li>模块（Module）到函数（Function）到语句（Statement）到表达式（Expression）的递归编译</li>
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* <li>整数字面量、变量标识符、四则运算（+ - * /）的表达式处理</li>
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* <li>变量声明、赋值、返回（return）语句的处理</li>
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* </ul>
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* <p>
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* 注意：
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* - 当前仅支持简单语言特性；
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* - 变量采用虚拟寄存器（VirtualRegister）建模，未来可扩展 SSA。
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*/
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public final class BasicIRBuilder {
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/* ───────────────── 顶层 API ───────────────── */
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/**
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* 当前作用域中，变量名 -> 虚拟寄存器（VirtualRegister）的映射
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*/
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private final Map<String, VirtualRegister> variables = new HashMap<>();
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/* ───────────────── 内部实现 ───────────────── */
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/**
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* 当前正在构建的 IRFunction 实例
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*/
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private IRFunction currentFn;
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/**
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* 将一组顶层 AST 节点（模块、函数、语句）编译为 IRProgram。
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*
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* @param roots AST 根节点列表
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* @return 编译生成的 IRProgram 对象
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*/
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public IRProgram buildProgram(List<Node> roots) {
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IRProgram prog = new IRProgram(); // 创建新的 IRProgram
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for (Node node : roots) dispatchTop(node, prog); // 依次处理所有顶层节点
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return prog;
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}
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/* ─────────────── 函数体级别状态 ─────────────── */
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/**
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* 处理单个顶层节点。
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* 可能是：模块（ModuleNode）、函数（FunctionNode）、单条语句（StatementNode）。
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*
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* @param node AST 顶层节点
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* @param irProgram 正在构建的 IRProgram
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*/
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private void dispatchTop(Node node, IRProgram irProgram) {
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switch (node) {
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case ModuleNode moduleNode ->
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moduleNode.functions().forEach(functionNode -> dispatchTop(functionNode, irProgram)); // 递归处理模块内的函数
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case FunctionNode functionNode ->
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irProgram.add(buildFunction(functionNode)); // 将函数编译成 IRFunction 并加入 IRProgram
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case StatementNode _ -> {
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//TODO 单条语句（如脚本式 main）
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}
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default -> throw new IllegalStateException("不支持的顶级节点: " + node);
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}
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}
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/**
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* 将一个 FunctionNode 编译成 IRFunction。
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*
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* @param functionNode AST 中的函数节点
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* @return 生成的 IRFunction
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*/
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private IRFunction buildFunction(FunctionNode functionNode) {
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currentFn = new IRFunction(functionNode.name()); // 创建新 IRFunction
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variables.clear(); // 清空变量表（每个函数独立）
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// 将函数参数映射为新的寄存器（未进一步使用参数，但保留未来拓展空间）
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for (ParameterNode parameterNode : functionNode.parameters()) {
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variables.put(parameterNode.name(), currentFn.newRegister());
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}
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// 编译函数体中的每条语句
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for (StatementNode statementNode : functionNode.body()) stmt(statementNode);
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return currentFn;
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}
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/* ─── 处理语句 ─── */
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/**
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* 编译单个语句节点为 IR 指令。
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*
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* @param statementNode 语句 AST 节点
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*/
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private void stmt(StatementNode statementNode) {
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switch (statementNode) {
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case ExpressionStatementNode expressionStatementNode ->
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expr(expressionStatementNode.expression()); // 表达式语句：只求值，无需保存
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case AssignmentNode assignmentNode -> { // 赋值语句
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VirtualRegister virtualRegister = expr(assignmentNode.value());
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variables.put(assignmentNode.variable(), virtualRegister);
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}
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case DeclarationNode declarationNode -> { // 变量声明
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if (declarationNode.getInitializer().isPresent()) { // 有初始化器
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VirtualRegister virtualRegister = expr(declarationNode.getInitializer().get());
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variables.put(declarationNode.getName(), virtualRegister);
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} else { // 无初始化器，分配空寄存器
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variables.put(declarationNode.getName(), currentFn.newRegister());
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}
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}
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case ReturnNode returnNode -> { // 返回语句
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if (returnNode.getExpression().isPresent())
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currentFn.add(new ReturnInstruction(expr(returnNode.getExpression().get())));
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||||||
else currentFn.add(new ReturnInstruction(null));
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}
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||||||
default -> throw new IllegalStateException("不支持的语句: " + statementNode);
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}
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}
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/* ─── 处理表达式 ─── */
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/**
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* 编译单个表达式节点，结果保存在一个新的寄存器中。
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||||||
*
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* @param expressionNode 表达式 AST 节点
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||||||
* @return 保存结果的虚拟寄存器
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*/
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private VirtualRegister expr(ExpressionNode expressionNode) {
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return switch (expressionNode) {
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case BinaryExpressionNode binaryExpressionNode -> bin(binaryExpressionNode); // 二元运算
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case NumberLiteralNode numberLiteralNode -> number(numberLiteralNode); // 数字字面量
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case IdentifierNode identifierNode -> { // 变量引用
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VirtualRegister virtualRegister = variables.get(identifierNode.name());
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if (virtualRegister == null)
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throw new IllegalStateException("变量 " + identifierNode.name() + " 未定义");
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yield virtualRegister;
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}
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||||||
default -> throw new IllegalStateException("不支持的表达式: " + expressionNode);
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};
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}
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||||||
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||||||
/**
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||||||
* 二元运算表达式（如加减乘除）。
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*
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||||||
* @param b 二元表达式节点
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* @return 保存结果的寄存器
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*/
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private VirtualRegister bin(BinaryExpressionNode b) {
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VirtualRegister l = expr(b.left()); // 左操作数
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||||||
VirtualRegister r = expr(b.right()); // 右操作数
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||||||
VirtualRegister d = currentFn.newRegister(); // 结果寄存器
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// 选择对应的 IR 操作符
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IROp op = switch (b.operator()) {
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||||||
case "+" -> IROp.ADD_I32;
|
|
||||||
case "-" -> IROp.SUB_I32;
|
|
||||||
case "*" -> IROp.MUL_I32;
|
|
||||||
case "/" -> IROp.DIV_I32;
|
|
||||||
default -> throw new IllegalStateException("未知运算符 " + b.operator());
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||||||
};
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||||||
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||||||
currentFn.add(new BinOpInstruction(op, d, l, r)); // 添加二元运算指令
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return d;
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||||||
}
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||||||
|
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||||||
/**
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* 编译一个整数字面量。
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||||||
*
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||||||
* @param numberLiteralNode 数字字面量节点
|
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||||||
* @return 保存常量的寄存器
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*/
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||||||
private VirtualRegister number(NumberLiteralNode numberLiteralNode) {
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|
||||||
VirtualRegister virtualRegister = currentFn.newRegister(); // 分配一个新的寄存器
|
|
||||||
currentFn.add(new LoadConstInstruction(virtualRegister, new Constant(Integer.parseInt(numberLiteralNode.value())))); // 加载常量指令
|
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return virtualRegister;
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||||||
}
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|
||||||
}
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@ -1,6 +1,6 @@
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package org.jcnc.snow.compiler.cli;
|
package org.jcnc.snow.compiler.cli;
|
||||||
|
|
||||||
import org.jcnc.snow.compiler.builder.BasicIRBuilder;
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.builder.ProgramBuilder;
|
||||||
import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IRProgram;
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IRProgram;
|
||||||
import org.jcnc.snow.compiler.lexer.core.LexerEngine;
|
import org.jcnc.snow.compiler.lexer.core.LexerEngine;
|
||||||
import org.jcnc.snow.compiler.lexer.token.Token;
|
import org.jcnc.snow.compiler.lexer.token.Token;
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||||||
@ -50,10 +50,11 @@ public class SnowCompiler {
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|||||||
SemanticAnalyzerRunner.runSemanticAnalysis(ast, false);
|
SemanticAnalyzerRunner.runSemanticAnalysis(ast, false);
|
||||||
|
|
||||||
/* 4. AST → IRProgram */
|
/* 4. AST → IRProgram */
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||||||
IRProgram program = new BasicIRBuilder().buildProgram(ast);
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IRProgram program = new ProgramBuilder().buildProgram(ast);
|
||||||
System.out.println("=== IR ===");
|
System.out.println("=== IR ===");
|
||||||
System.out.println(program);
|
System.out.println(program);
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
/* 5. 后端：寄存器分配 & 代码生成 + VM 执行 */
|
/* 5. 后端：寄存器分配 & 代码生成 + VM 执行 */
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||||||
// for (IRFunction fn : program.functions()) {
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// for (IRFunction fn : program.functions()) {
|
||||||
// var alloc = new RegisterAllocator();
|
// var alloc = new RegisterAllocator();
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@ -0,0 +1,145 @@
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|||||||
|
package org.jcnc.snow.compiler.ir.builder;
|
||||||
|
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IRFunction;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IROp;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.instr.BinOpInstruction;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.instr.LoadConstInstruction;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.instr.ReturnInstruction;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.value.Constant;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.value.VirtualRegister;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.*;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.base.ExpressionNode;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.base.StatementNode;
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
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||||||
|
* FunctionBuilder 负责将 AST 中的 FunctionNode 构建为 IRFunction。
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*
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* <p>构建流程：
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* <ol>
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* <li>创建 IRFunction 并绑定到作用域；</li>
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||||||
|
* <li>将函数参数声明为虚拟寄存器；</li>
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||||||
|
* <li>遍历函数体中的语句，生成对应的 IR 指令。</li>
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||||||
|
* </ol>
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||||||
|
*/
|
||||||
|
final class FunctionBuilder {
|
||||||
|
|
||||||
|
/** 当前正在构建的 IRFunction 实例 */
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|
private IRFunction fn;
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||||||
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||||||
|
/** 管理变量名到虚拟寄存器的映射 */
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||||||
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private final Scope scope = new Scope();
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||||||
|
|
||||||
|
/**
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||||||
|
* 将给定的 FunctionNode 转换为 IRFunction。
|
||||||
|
*
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||||||
|
* @param node 要转换的函数节点
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||||||
|
* @return 构建完成的 IRFunction
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||||||
|
*/
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||||||
|
IRFunction build(FunctionNode node) {
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||||||
|
fn = new IRFunction(node.name());
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||||||
|
scope.attachFunction(fn);
|
||||||
|
for (ParameterNode p : node.parameters()) {
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||||||
|
scope.declare(p.name());
|
||||||
|
}
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||||||
|
for (StatementNode s : node.body()) {
|
||||||
|
stmt(s);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return fn;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
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||||||
|
* 处理不同类型的语句节点，并生成相应的 IR 指令。
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||||||
|
*
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||||||
|
* @param s 要处理的语句节点
|
||||||
|
*/
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||||||
|
private void stmt(StatementNode s) {
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||||||
|
switch (s) {
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||||||
|
case ExpressionStatementNode(ExpressionNode expression) ->
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||||||
|
// 处理表达式语句，无需保存结果
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|
expr(expression);
|
||||||
|
case AssignmentNode(String variable, ExpressionNode value) -> {
|
||||||
|
// 处理赋值语句：计算右侧表达式并赋值
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|
VirtualRegister result = expr(value);
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||||||
|
if (scope.lookup(variable) == null) {
|
||||||
|
scope.declare(variable, result);
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
scope.put(variable, result);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
case DeclarationNode d -> {
|
||||||
|
// 处理声明语句，可能带初始化
|
||||||
|
if (d.getInitializer().isPresent()) {
|
||||||
|
scope.declare(d.getName(), expr(d.getInitializer().get()));
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
scope.declare(d.getName());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
case ReturnNode r -> {
|
||||||
|
// 处理返回语句，区分是否带返回值
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||||||
|
if (r.getExpression().isPresent()) {
|
||||||
|
fn.add(new ReturnInstruction(expr(r.getExpression().get())));
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
fn.add(new ReturnInstruction(null));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
case null, default -> throw new IllegalStateException("Unsupported statement: " + s);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* 根据表达式类型生成对应的 IR 值，并返回结果寄存器。
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @param e 要处理的表达式节点
|
||||||
|
* @return 存放表达式结果的虚拟寄存器
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
private VirtualRegister expr(ExpressionNode e) {
|
||||||
|
if (e instanceof NumberLiteralNode num) {
|
||||||
|
return number(num);
|
||||||
|
} else if (e instanceof IdentifierNode(String name)) {
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||||||
|
// 处理变量引用，从作用域获取寄存器
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||||||
|
VirtualRegister vr = scope.lookup(name);
|
||||||
|
if (vr == null) {
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||||||
|
throw new IllegalStateException("Undefined variable " + name);
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||||||
|
}
|
||||||
|
return vr;
|
||||||
|
} else if (e instanceof BinaryExpressionNode bin) {
|
||||||
|
return bin(bin);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
throw new IllegalStateException("Unsupported expression: " + e);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* 生成加载数值常量的指令。
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @param n 数字字面量节点
|
||||||
|
* @return 存放常量的虚拟寄存器
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
private VirtualRegister number(NumberLiteralNode n) {
|
||||||
|
VirtualRegister vr = fn.newRegister();
|
||||||
|
fn.add(new LoadConstInstruction(vr, new Constant(Integer.parseInt(n.value()))));
|
||||||
|
return vr;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* 生成二元运算指令，并返回结果寄存器。
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @param b 二元表达式节点
|
||||||
|
* @return 存放运算结果的虚拟寄存器
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
private VirtualRegister bin(BinaryExpressionNode b) {
|
||||||
|
VirtualRegister l = expr(b.left());
|
||||||
|
VirtualRegister r = expr(b.right());
|
||||||
|
VirtualRegister d = fn.newRegister();
|
||||||
|
|
||||||
|
IROp op = switch (b.operator()) {
|
||||||
|
case "+" -> IROp.ADD_I32;
|
||||||
|
case "-" -> IROp.SUB_I32;
|
||||||
|
case "*" -> IROp.MUL_I32;
|
||||||
|
case "/" -> IROp.DIV_I32;
|
||||||
|
default -> throw new IllegalStateException("Unknown operator " + b.operator());
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
fn.add(new BinOpInstruction(op, d, l, r));
|
||||||
|
return d;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
@ -0,0 +1,82 @@
|
|||||||
|
package org.jcnc.snow.compiler.ir.builder;
|
||||||
|
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IRFunction;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IRProgram;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.FunctionNode;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.ModuleNode;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.base.Node;
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.parser.ast.base.StatementNode;
|
||||||
|
|
||||||
|
import java.util.List;
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* ProgramBuilder 用于将 AST 根节点列表构建为 IRProgram。
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* <p>功能：
|
||||||
|
* <ul>
|
||||||
|
* <li>遍历顶层节点，识别模块、函数或顶层语句；</li>
|
||||||
|
* <li>将函数节点转换为 IRFunction 并添加到 IRProgram；</li>
|
||||||
|
* <li>对脚本式顶层语句自动包装为特殊的 _start 函数。</li>
|
||||||
|
* </ul>
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
public final class ProgramBuilder {
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* 构建一个完整的 IRProgram。
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @param roots AST 根节点列表，可包含 ModuleNode、FunctionNode 或 StatementNode
|
||||||
|
* @return 构建好的 IRProgram 实例
|
||||||
|
* @throws IllegalStateException 当遇到不支持的顶层节点时抛出
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
public IRProgram buildProgram(List<Node> roots) {
|
||||||
|
IRProgram prog = new IRProgram();
|
||||||
|
for (Node n : roots) {
|
||||||
|
if (n instanceof ModuleNode m) {
|
||||||
|
// 模块节点：将模块内的所有函数加入程序
|
||||||
|
m.functions().forEach(f -> prog.add(buildFunction(f)));
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||||||
|
} else if (n instanceof FunctionNode f) {
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||||||
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// 顶层函数节点
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prog.add(buildFunction(f));
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||||||
|
} else if (n instanceof StatementNode s) {
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||||||
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// 顶层脚本语句，包装为 _start 函数
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|
prog.add(buildFunction(wrapTopLevel(s)));
|
||||||
|
} else {
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||||||
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throw new IllegalStateException("Unsupported top-level node: " + n);
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}
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}
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return prog;
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||||||
|
}
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/**
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|
* 使用 FunctionBuilder 构建 IRFunction。
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*
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* @param fn AST 中的 FunctionNode
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* @return 构建完成的 IRFunction
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|
*/
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private IRFunction buildFunction(FunctionNode fn) {
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return new FunctionBuilder().build(fn);
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|
}
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||||||
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|
/**
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|
* 将顶层脚本式语句包装为名为 _start 的 FunctionNode。
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*
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* <p>构造参数说明：
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* <ul>
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* <li>函数名固定为 "_start"；</li>
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* <li>返回类型设为 null，表示类型推断或默认处理；</li>
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||||||
|
* <li>参数列表为空；</li>
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||||||
|
* <li>函数体仅包含给定的单条语句。</li>
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||||||
|
* </ul>
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||||||
|
*
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||||||
|
* @param stmt 要包装的顶层语句节点
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||||||
|
* @return 新建的 FunctionNode
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|
*/
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|
private FunctionNode wrapTopLevel(StatementNode stmt) {
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return new FunctionNode(
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|
"_start",
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|
null,
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||||||
|
String.valueOf(List.of()),
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|
List.of(stmt)
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||||||
|
);
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
77
src/main/java/org/jcnc/snow/compiler/ir/builder/Scope.java
Normal file
77
src/main/java/org/jcnc/snow/compiler/ir/builder/Scope.java
Normal file
@ -0,0 +1,77 @@
|
|||||||
|
package org.jcnc.snow.compiler.ir.builder;
|
||||||
|
|
||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.core.IRFunction;
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||||||
|
import org.jcnc.snow.compiler.ir.value.VirtualRegister;
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||||||
|
|
||||||
|
import java.util.HashMap;
|
||||||
|
import java.util.Map;
|
||||||
|
|
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|
/**
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|
* Scope 用于管理单个函数的变量名与虚拟寄存器的映射。
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||||||
|
*
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|
* <p>功能：
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|
* <ul>
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|
* <li>维护变量声明后的寄存器分配；</li>
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||||||
|
* <li>支持将已有寄存器与变量重新绑定；</li>
|
||||||
|
* <li>根据变量名查找对应的虚拟寄存器。</li>
|
||||||
|
* </ul>
|
||||||
|
*/
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||||||
|
final class Scope {
|
||||||
|
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|
/** 存储变量名到 VirtualRegister 的映射 */
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|
private final Map<String, VirtualRegister> vars = new HashMap<>();
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||||||
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||||||
|
/**
|
||||||
|
* 当前作用域所属的 IRFunction，用于分配新的寄存器。
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||||||
|
*/
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||||||
|
private IRFunction fn;
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||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* 关联一个 IRFunction 到当前作用域，用于后续寄存器分配。
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||||||
|
*
|
||||||
|
* @param fn 要绑定的 IRFunction 实例
|
||||||
|
*/
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||||||
|
void attachFunction(IRFunction fn) {
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||||||
|
this.fn = fn;
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||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
/**
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||||||
|
* 声明一个新变量，并为其分配一个新的虚拟寄存器。
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||||||
|
*
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||||||
|
* @param name 变量名
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||||||
|
*/
|
||||||
|
void declare(String name) {
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|
VirtualRegister reg = fn.newRegister();
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|
vars.put(name, reg);
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||||||
|
}
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||||||
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||||||
|
/**
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||||||
|
* 声明或导入一个已有寄存器到当前作用域。
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||||||
|
*
|
||||||
|
* @param name 变量名
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||||||
|
* @param reg 对应的虚拟寄存器
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|
*/
|
||||||
|
void declare(String name, VirtualRegister reg) {
|
||||||
|
vars.put(name, reg);
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||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* 更新已声明变量对应的虚拟寄存器。
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @param name 变量名
|
||||||
|
* @param reg 新的虚拟寄存器
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
void put(String name, VirtualRegister reg) {
|
||||||
|
vars.put(name, reg);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* 根据变量名查找其对应的虚拟寄存器。
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||||||
|
*
|
||||||
|
* @param name 变量名
|
||||||
|
* @return 对应的 VirtualRegister，若未声明则返回 null
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
VirtualRegister lookup(String name) {
|
||||||
|
return vars.get(name);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
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