refactor: 重构 ExpressionBuilder 类
- 优化了代码结构，提高了代码的可读性和可维护性 - 添加了详细的注释，解释了各个方法的功能和实现细节 - 改进了对不同表达式类型的处理逻辑，增强了表达式构建的能力 - 优化了寄存器的使用和管理，提高了 IR 指令生成的效率
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970976ecc5
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3aef7cd906
@ -5,130 +5,117 @@ import org.jcnc.snow.compiler.ir.instruction.CallInstruction;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.instruction.LoadConstInstruction;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.instruction.UnaryOperationInstruction;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.utils.ComparisonUtils;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.utils.ExpressionUtils;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.value.IRConstant;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.value.IRVirtualRegister;
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import org.jcnc.snow.compiler.ir.utils.ExpressionUtils;
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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 java.util.*;
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/**
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||||
* <b>表达式构建器</b>
|
||||
* <b>ExpressionBuilder - 表达式 → IR 构建器</b>
|
||||
*
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* <p>
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||||
* 该类负责将抽象语法树（AST）的表达式节点转换为中间表示（IR）指令和虚拟寄存器，
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||||
* 是编译器IR生成阶段的核心工具。
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||||
* <br/>
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* 主要职责包括:
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* 负责将 AST 表达式节点递归转换为 IR 虚拟寄存器操作，并生成对应的 IR 指令序列。
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* 支持字面量、标识符、二元表达式、一元表达式、函数调用等多种类型表达式。
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||||
* </p>
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||||
*
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* <p>
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||||
* 主要功能：
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* <ul>
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* <li>将数字字面量、标识符、二元表达式、函数调用等AST表达式节点，翻译为对应的IR指令序列</li>
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* <li>管理并分配虚拟寄存器，保证IR操作的数据流正确</li>
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||||
* <li>将表达式节点映射为虚拟寄存器</li>
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* <li>为每种表达式类型生成对应 IR 指令</li>
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||||
* <li>支持表达式嵌套的递归构建</li>
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||||
* <li>支持写入指定目标寄存器，避免冗余的 move 指令</li>
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||||
* </ul>
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||||
* <p>
|
||||
* </p>
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||||
*/
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||||
public record ExpressionBuilder(IRContext ctx) {
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||||
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||||
/* ───────────────── 顶层入口 ───────────────── */
|
||||
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||||
/**
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||||
* 构建并返回某个表达式节点对应的虚拟寄存器。
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||||
* 构建任意 AST 表达式节点，自动为其分配一个新的虚拟寄存器，并返回该寄存器。
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||||
*
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||||
* <p>会根据节点的实际类型分别处理:
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* <ul>
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* <li>数字字面量: 新建常量寄存器</li>
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||||
* <li>字符串字面量: 新建常量寄存器（字符串类型）</li>
|
||||
* <li>布尔字面量: 生成值为 0 或 1 的常量寄存器</li>
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||||
* <li>标识符: 查找当前作用域中的寄存器</li>
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||||
* <li>二元表达式: 递归处理子表达式并进行相应运算</li>
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||||
* <li>一元运算符:
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* <ul>
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* <li><code>-x</code>（取负，生成 <code>NEG_I32</code> 指令）与</li>
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||||
* <li><code>!x</code>（逻辑非，转换为 <code>x == 0</code> 比较指令）</li>
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||||
* </ul>
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||||
* </li>
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||||
* <li>函数调用: 生成对应的Call指令</li>
|
||||
* <li>其它类型不支持，抛出异常</li>
|
||||
* </ul>
|
||||
* <p>
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||||
* 这是表达式 IR 生成的核心入口。它会根据不同的表达式类型进行分派，递归构建 IR 指令。
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||||
* </p>
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||||
*
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||||
* @param expr 要转换的表达式AST节点
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||||
* @return 该表达式的计算结果寄存器
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||||
* @throws IllegalStateException 如果遇到未定义的标识符或不支持的表达式类型
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||||
* @param expr 任意 AST 表达式节点
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||||
* @return 存储该表达式结果的虚拟寄存器
|
||||
* @throws IllegalStateException 遇到不支持的表达式类型或未定义标识符
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||||
*/
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||||
public IRVirtualRegister build(ExpressionNode expr) {
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||||
return switch (expr) {
|
||||
// 数字字面量
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||||
// 数字字面量，例如 123、3.14
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case NumberLiteralNode n -> buildNumberLiteral(n.value());
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||||
// 字符串字面量
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||||
// 字符串字面量，例如 "abc"
|
||||
case StringLiteralNode s -> buildStringLiteral(s.value());
|
||||
// 布尔字面量
|
||||
// 布尔字面量，例如 true / false
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||||
case BoolLiteralNode b -> buildBoolLiteral(b.getValue());
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||||
// 标识符
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||||
// 标识符（变量名），如 a、b
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case IdentifierNode id -> {
|
||||
// 查找当前作用域中的变量寄存器
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||||
IRVirtualRegister reg = ctx.getScope().lookup(id.name());
|
||||
if (reg == null)
|
||||
throw new IllegalStateException("未定义标识符: " + id.name());
|
||||
yield reg;
|
||||
}
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||||
// 二元表达式
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||||
// 二元表达式（如 a+b, x==y）
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case BinaryExpressionNode bin -> buildBinary(bin);
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||||
// 函数调用
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||||
case CallExpressionNode call -> buildCall(call);
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||||
// 一元表达式
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||||
case UnaryExpressionNode u -> buildUnary(u);
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||||
// 函数/方法调用表达式
|
||||
case CallExpressionNode call -> buildCall(call);
|
||||
// 一元表达式（如 -a, !a）
|
||||
case UnaryExpressionNode un -> buildUnary(un);
|
||||
|
||||
// 默认分支：遇到未知表达式类型则直接抛异常
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||||
default -> throw new IllegalStateException(
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||||
"不支持的表达式类型: " + expr.getClass().getSimpleName());
|
||||
};
|
||||
}
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||||
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||||
/** 处理一元表达式 */
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||||
private IRVirtualRegister buildUnary(UnaryExpressionNode un) {
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String op = un.operator();
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||||
IRVirtualRegister val = build(un.operand());
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||||
|
||||
// -x → NEG_*（根据类型自动选择位宽）
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||||
if (op.equals("-")) {
|
||||
IRVirtualRegister dest = ctx.newRegister();
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||||
IROpCode code = ExpressionUtils.negOp(un.operand());
|
||||
ctx.addInstruction(new UnaryOperationInstruction(code, dest, val));
|
||||
return dest;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// !x → (x == 0)
|
||||
if (op.equals("!")) {
|
||||
IRVirtualRegister zero = InstructionFactory.loadConst(ctx, 0);
|
||||
return InstructionFactory.binOp(ctx, IROpCode.CMP_IEQ, val, zero);
|
||||
}
|
||||
|
||||
throw new IllegalStateException("未知一元运算符: " + op);
|
||||
}
|
||||
/* ───────────────── 写入指定寄存器 ───────────────── */
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 直接将表达式计算结果写入指定的目标寄存器（dest）。
|
||||
* <p>
|
||||
* 与{@link #build(ExpressionNode)}类似，但支持目标寄存器复用（避免不必要的move）。
|
||||
* 生成表达式，并将其结果直接写入目标寄存器，避免冗余的 move 操作。
|
||||
*
|
||||
* @param node 表达式AST节点
|
||||
* @param dest 目标寄存器
|
||||
* @throws IllegalStateException 未定义标识符/不支持的表达式类型时报错
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||||
* <p>
|
||||
* 某些简单表达式（如字面量、变量名）可以直接写入目标寄存器；复杂表达式则会先 build 到新寄存器，再 move 到目标寄存器。
|
||||
* </p>
|
||||
*
|
||||
* @param node 要生成的表达式节点
|
||||
* @param dest 目标虚拟寄存器（用于存储结果）
|
||||
*/
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||||
public void buildInto(ExpressionNode node, IRVirtualRegister dest) {
|
||||
switch (node) {
|
||||
// 数字字面量，直接加载到目标寄存器
|
||||
// 数字字面量：生成 loadConst 指令写入目标寄存器
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||||
case NumberLiteralNode n ->
|
||||
InstructionFactory.loadConstInto(ctx, dest, ExpressionUtils.buildNumberConstant(ctx, n.value()));
|
||||
// 字符串字面量，直接加载到目标寄存器
|
||||
InstructionFactory.loadConstInto(
|
||||
ctx, dest, ExpressionUtils.buildNumberConstant(ctx, n.value()));
|
||||
|
||||
// 字符串字面量：生成 loadConst 指令写入目标寄存器
|
||||
case StringLiteralNode s ->
|
||||
InstructionFactory.loadConstInto(ctx, dest, new IRConstant(s.value()));
|
||||
// 布尔字面量，直接加载到目标寄存器
|
||||
InstructionFactory.loadConstInto(
|
||||
ctx, dest, new IRConstant(s.value()));
|
||||
|
||||
// 布尔字面量：转换为 int 1/0，生成 loadConst
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||||
case BoolLiteralNode b ->
|
||||
InstructionFactory.loadConstInto(ctx, dest, new IRConstant(b.getValue() ? 1 : 0));
|
||||
// 标识符，查找并move到目标寄存器
|
||||
InstructionFactory.loadConstInto(
|
||||
ctx, dest, new IRConstant(b.getValue() ? 1 : 0));
|
||||
|
||||
// 标识符：查表获取原寄存器，然后 move 到目标寄存器
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||||
case IdentifierNode id -> {
|
||||
IRVirtualRegister src = ctx.getScope().lookup(id.name());
|
||||
if (src == null) throw new IllegalStateException("未定义标识符: " + id.name());
|
||||
if (src == null)
|
||||
throw new IllegalStateException("未定义标识符: " + id.name());
|
||||
InstructionFactory.move(ctx, src, dest);
|
||||
}
|
||||
// 二元表达式，直接写入目标寄存器
|
||||
|
||||
// 二元表达式：递归生成并写入目标寄存器
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||||
case BinaryExpressionNode bin -> buildBinaryInto(bin, dest);
|
||||
// 其他表达式，先递归生成寄存器，再move到目标寄存器
|
||||
|
||||
// 其它复杂情况：先 build 到新寄存器，再 move 到目标寄存器
|
||||
default -> {
|
||||
IRVirtualRegister tmp = build(node);
|
||||
InstructionFactory.move(ctx, tmp, dest);
|
||||
@ -136,41 +123,100 @@ public record ExpressionBuilder(IRContext ctx) {
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ───────────────── 具体表达式类型 ───────────────── */
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 构建二元表达式的IR，生成新寄存器存储结果。
|
||||
* <p>
|
||||
* 先递归构建左右操作数，之后根据操作符类别（算术或比较）决定生成的IR操作码，
|
||||
* 并生成对应的二元运算指令。
|
||||
* 一元表达式构建
|
||||
*
|
||||
* @param bin 二元表达式节点
|
||||
* @return 存放结果的虚拟寄存器
|
||||
* <p>
|
||||
* 支持算术取负（-a）、逻辑非（!a）等一元运算符。
|
||||
* </p>
|
||||
*
|
||||
* @param un 一元表达式节点
|
||||
* @return 结果存储的新分配虚拟寄存器
|
||||
*/
|
||||
private IRVirtualRegister buildBinary(BinaryExpressionNode bin) {
|
||||
String op = bin.operator();
|
||||
IRVirtualRegister left = build(bin.left());
|
||||
IRVirtualRegister right = build(bin.right());
|
||||
private IRVirtualRegister buildUnary(UnaryExpressionNode un) {
|
||||
// 递归生成操作数的寄存器
|
||||
IRVirtualRegister src = build(un.operand());
|
||||
// 分配目标寄存器
|
||||
IRVirtualRegister dest = ctx.newRegister();
|
||||
|
||||
// 1. 比较运算
|
||||
if (ComparisonUtils.isComparisonOperator(op)) {
|
||||
return InstructionFactory.binOp(
|
||||
ctx,
|
||||
ComparisonUtils.cmpOp(ctx.getScope().getVarTypes(), op, bin.left(), bin.right()),
|
||||
left, right);
|
||||
switch (un.operator()) {
|
||||
// 算术负号：生成取负指令
|
||||
case "-" -> ctx.addInstruction(
|
||||
new UnaryOperationInstruction(ExpressionUtils.negOp(un.operand()), dest, src));
|
||||
// 逻辑非：等价于 a == 0，生成比较指令
|
||||
case "!" -> {
|
||||
IRVirtualRegister zero = InstructionFactory.loadConst(ctx, 0);
|
||||
return InstructionFactory.binOp(ctx, IROpCode.CMP_IEQ, src, zero);
|
||||
}
|
||||
// 其它一元运算符不支持，抛异常
|
||||
default -> throw new IllegalStateException("未知一元运算符: " + un.operator());
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 2. 其他算术 / 逻辑运算
|
||||
IROpCode code = ExpressionUtils.resolveOpCode(op, bin.left(), bin.right());
|
||||
if (code == null) throw new IllegalStateException("不支持的运算符: " + op);
|
||||
return InstructionFactory.binOp(ctx, code, left, right);
|
||||
return dest;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 将二元表达式的结果直接写入指定寄存器dest。
|
||||
* <p>
|
||||
* 结构与{@link #buildBinary(BinaryExpressionNode)}类似，但不会新分配寄存器。
|
||||
* 构建函数或方法调用表达式。
|
||||
*
|
||||
* @param call AST 调用表达式节点
|
||||
* @return 存储调用结果的虚拟寄存器
|
||||
*/
|
||||
private IRVirtualRegister buildCall(CallExpressionNode call) {
|
||||
// 递归生成所有参数（实参）对应的寄存器
|
||||
List<IRVirtualRegister> argv = call.arguments().stream().map(this::build).toList();
|
||||
|
||||
// 解析被调用目标名，支持普通函数/成员方法
|
||||
String callee = switch (call.callee()) {
|
||||
// 成员方法调用，例如 obj.foo()
|
||||
case MemberExpressionNode m when m.object() instanceof IdentifierNode id
|
||||
-> id.name() + "." + m.member();
|
||||
// 普通函数调用
|
||||
case IdentifierNode id -> id.name();
|
||||
// 其它情况暂不支持
|
||||
default -> throw new IllegalStateException("不支持的调用目标: " + call.callee().getClass().getSimpleName());
|
||||
};
|
||||
|
||||
// 为返回值分配新寄存器，生成 Call 指令
|
||||
IRVirtualRegister dest = ctx.newRegister();
|
||||
ctx.addInstruction(new CallInstruction(dest, callee, new ArrayList<>(argv)));
|
||||
return dest;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 二元表达式构建，结果存储到新寄存器。
|
||||
* <br>
|
||||
* 支持算术、位运算与比较（==, !=, >, <, ...）。
|
||||
*
|
||||
* @param bin 二元表达式节点
|
||||
* @param dest 目标寄存器
|
||||
* @return 存储表达式结果的虚拟寄存器
|
||||
*/
|
||||
private IRVirtualRegister buildBinary(BinaryExpressionNode bin) {
|
||||
// 递归生成左、右子表达式的寄存器
|
||||
IRVirtualRegister a = build(bin.left());
|
||||
IRVirtualRegister b = build(bin.right());
|
||||
String op = bin.operator();
|
||||
|
||||
// 比较运算符（==、!=、>、< 等），需要生成条件跳转或布尔值寄存器
|
||||
if (ComparisonUtils.isComparisonOperator(op)) {
|
||||
return InstructionFactory.binOp(
|
||||
ctx,
|
||||
// 通过比较工具获得合适的 IR 操作码
|
||||
ComparisonUtils.cmpOp(ctx.getScope().getVarTypes(), op, bin.left(), bin.right()),
|
||||
a, b);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 其它算术/位运算
|
||||
IROpCode code = ExpressionUtils.resolveOpCode(op, bin.left(), bin.right());
|
||||
if (code == null) throw new IllegalStateException("不支持的运算符: " + op);
|
||||
return InstructionFactory.binOp(ctx, code, a, b);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 二元表达式构建，结果直接写入目标寄存器（用于赋值左值等优化场景）。
|
||||
*
|
||||
* @param bin 二元表达式节点
|
||||
* @param dest 目标虚拟寄存器
|
||||
*/
|
||||
private void buildBinaryInto(BinaryExpressionNode bin, IRVirtualRegister dest) {
|
||||
IRVirtualRegister a = build(bin.left());
|
||||
@ -189,67 +235,44 @@ public record ExpressionBuilder(IRContext ctx) {
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 处理函数调用表达式，生成对应的Call指令和目标寄存器。
|
||||
* <p>
|
||||
* 支持普通标识符调用和成员调用（如 mod.func），会为每个参数依次生成子表达式的寄存器。
|
||||
*
|
||||
* @param call 调用表达式AST节点
|
||||
* @return 返回结果存放的寄存器
|
||||
*/
|
||||
private IRVirtualRegister buildCall(CallExpressionNode call) {
|
||||
// 递归构建所有参数的寄存器
|
||||
List<IRVirtualRegister> argv = call.arguments().stream()
|
||||
.map(this::build)
|
||||
.toList();
|
||||
// 获取完整调用目标名称（支持成员/模块调用和普通调用）
|
||||
String fullName = switch (call.callee()) {
|
||||
case MemberExpressionNode member when member.object() instanceof IdentifierNode _ ->
|
||||
((IdentifierNode)member.object()).name() + "." + member.member();
|
||||
case IdentifierNode id -> id.name();
|
||||
default -> throw new IllegalStateException("不支持的调用目标: " + call.callee().getClass().getSimpleName());
|
||||
};
|
||||
// 申请目标寄存器
|
||||
IRVirtualRegister dest = ctx.newRegister();
|
||||
// 添加Call指令到IR上下文
|
||||
ctx.addInstruction(new CallInstruction(dest, fullName, new ArrayList<>(argv)));
|
||||
return dest;
|
||||
}
|
||||
/* ───────────────── 字面量辅助方法 ───────────────── */
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 处理数字字面量，生成常量寄存器和加载指令。
|
||||
* <p>
|
||||
* 会将字符串型字面量（如 "123", "1.0f"）解析为具体的IRConstant，
|
||||
* 并分配一个新的虚拟寄存器来存放该常量。
|
||||
* 构建数字字面量表达式（如 123），分配新寄存器并生成 LoadConst 指令。
|
||||
*
|
||||
* @param value 字面量字符串
|
||||
* @return 存放该常量的寄存器
|
||||
* @param value 字面量文本（字符串格式）
|
||||
* @return 存储该字面量的寄存器
|
||||
*/
|
||||
private IRVirtualRegister buildNumberLiteral(String value) {
|
||||
IRConstant constant = ExpressionUtils.buildNumberConstant(ctx, value);
|
||||
IRVirtualRegister reg = ctx.newRegister();
|
||||
ctx.addInstruction(new LoadConstInstruction(reg, constant));
|
||||
return reg;
|
||||
IRConstant c = ExpressionUtils.buildNumberConstant(ctx, value);
|
||||
IRVirtualRegister r = ctx.newRegister();
|
||||
ctx.addInstruction(new LoadConstInstruction(r, c));
|
||||
return r;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 处理字符串字面量，生成常量寄存器和加载指令。
|
||||
* 构建字符串字面量表达式，分配新寄存器并生成 LoadConst 指令。
|
||||
*
|
||||
* @param value 字符串内容
|
||||
* @return 存放该字符串常量的寄存器
|
||||
* @return 存储该字符串的寄存器
|
||||
*/
|
||||
private IRVirtualRegister buildStringLiteral(String value) {
|
||||
IRConstant constant = new IRConstant(value);
|
||||
IRVirtualRegister reg = ctx.newRegister();
|
||||
ctx.addInstruction(new LoadConstInstruction(reg, constant));
|
||||
return reg;
|
||||
IRConstant c = new IRConstant(value);
|
||||
IRVirtualRegister r = ctx.newRegister();
|
||||
ctx.addInstruction(new LoadConstInstruction(r, c));
|
||||
return r;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/** 布尔字面量 → CONST （true=1，false=0）*/
|
||||
private IRVirtualRegister buildBoolLiteral(boolean value) {
|
||||
IRConstant constant = new IRConstant(value ? 1 : 0);
|
||||
IRVirtualRegister reg = ctx.newRegister();
|
||||
ctx.addInstruction(new LoadConstInstruction(reg, constant));
|
||||
return reg;
|
||||
/**
|
||||
* 构建布尔字面量表达式（true/false），分配新寄存器并生成 LoadConst 指令（1 表示 true，0 表示 false）。
|
||||
*
|
||||
* @param v 布尔值
|
||||
* @return 存储 1/0 的寄存器
|
||||
*/
|
||||
private IRVirtualRegister buildBoolLiteral(boolean v) {
|
||||
IRConstant c = new IRConstant(v ? 1 : 0);
|
||||
IRVirtualRegister r = ctx.newRegister();
|
||||
ctx.addInstruction(new LoadConstInstruction(r, c));
|
||||
return r;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
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