LatteCompiler
Kompilator języka Latte na przedmiot Metody Realizacji Języków Programowania w języku C#. Kompilator działa zarówno na otwartoźródłowej implementacji .net - mono jak i .net framework od Microsoftu.
Środowisko
Kompilator może kompilować zarówno programy na Linuxie, OS X-ie jak i Windowsie (jednak nie jest możliwa kompilacja skrośna), więcej informacji na dole.
Kompilacja
Do budowania używa standardowej metody kompilacji programów w dot net na mono - xbuild. Polecenie make
wywołuje program xbuild, który buduje program, potem kopiuje zbdowany program do katalogu latc_data/ a następnie kopiuje skrypt scripts/latc_x86 do głównego katalogu. Ten skrypt po prostu uruchamia kompilator z folderu lib.
Testy
Polecenie make test
uruchomi przygotowane testy.
Zakres
Kompilator składa się z frontendu (sprawdzanie typów, optymalizatora drzewa AST) oraz backendu (generator kodu pośredniego i kompilator do x86). Na ten moment obsługiwane są:
- struktury
- obiekty
- dziedziczenie
- metody (wirtualne)
- tablice
Frontend
W ramach frontendu sprawdzane są błędy typów, przekraczanie stałych w programie, typy argumentów, nazwy argumentów, występowanie instrukcji return.
Dodatkowo następuje wyliczenie i optymalizacja stałych. Przykładowo program
int main() {
if (!(true == false))
return 1 + 2;
}
zostanie wyoptymalizowany do postaci
int main() {
return 3;
}
Z tego też powodu program zostanie zaakceptowany, mimo że return znajduje się w ifie bez else, czyli teoretycznie nie wiadomo czy w funkcji main zawsze zostanie zwrócowna wartość. Po wyoptymalizowaniu stałych jest to już oczywiste.
Backend
Backend składa się z dwóch części:
- generator kodu pośredniego (quadruples) z drzewa AST
- translator kodu pośredniego na ASM x86
Kod pośredni oparty jest na wirtualnych rejestrach, które są następnie przypisywane do sprzętowych rejestrów. Dzięki temu bardzo łatwo dodać inne backendy, np. x86_64 czy asm.
Projekty
Program składa się z następujących projektów:
Backend
- projekt odpowiadający za inicjalizację struktur kompilatora, przekazanie programu (drzewa AST) do kompilacji i zapis pliku assembly i wywołanienasma
orazld
Backend.Tests
- testy integracyjne kompilatora. Program jest kompilowany do pliku binarnego, a następnie uruchamiany żeby porównać outputCLI
- interfejs linii komend, odpowiadający za odczytanie argumentów od użytkownika, przekazanie do frontendu, później do backenduFrontend
- projekt odpowiadający za inicjalizację struktur fronendu, w tym przekształcenie pliku tekstowego na drzewo i sprawdzenie typówLatteAntlr
- pliki wygenerowane przez Antlr do parsowania Latte oraz generator drzewa AST z drzewa CST (concrete syntax tree) od AntlraLatteBase
- podstawowe struktury drzewa AST LatteLatteTreeOptimizer
- klasy optymalizujące drzewo AST (wyliczenie stałych)LatteTypeChecker
- klasa sprawdzająca typy w drzewie ASTLatteTypeChecker.Tests
- testy do type checkeraQuadruplesCommon
- podstawowe struktury kodu pośredniegoQuadruplesGenerator
- generator kodu pośredniego na podstawie drzewa AST (zakłada, że drzewo jest poprawne)QuadruplesGenerator.Tests
- testy do generatora kodu pośredniegoTestPrograms
- projekt z drzewami AST programów testowychUtils
- pomocnicze narzędziaX86Assembly
- podstawowe struktury reprezentujące Assembly x86X86Generator
- generator assembly x86 na podstawie kodu pośredniegoX86IntelAsm
- generator reprezentacji tekstowej assembly x86 na podstawie struktur z X86Assembly
Optymaliacje
Zastosowano następujące optymalizacje:
- wyliczenie stałych podczas kompilacji (patrz punkt Frontend)
- usuwanie nieosiągalnego kodu (na podstawie drzewa AST)
- optymalizacja rekurencji ogonowej
- obiekty tej samej klasy mają wspólną vtable
- stałe nie są trzymane na stosie
- usuwanie zbędnych instrukcji: mov A, B mov B, A
Użyte narzędzia
Kompilator jest napisany w języku C#, sprawdzony na mono.
Użyte biblioteki:
- Antlr4 to parsowania
- NUnit do testów (
make test
)
Targety
Linux
Do kompilacji na Linuxa wymagane są: nasm
oraz gcc
.
OS X
Do kompilacji na OS X wymagane są: nasm
oraz gcc
. Najnowsza wersja Mojave nie jest jednak w stanie skompilować programów 32-bitowych ze względu na brak bibliotek. Należy ściągnąć SDK wersji 10.13 (https://github.com/phracker/MacOSX-SDKs/releases) i ustawić zmienną środowiskową LATTE_OS_X_SDK na ścieżkę do folderu z SDK.
Windows
Do kompilacji na Windowsie wymagane jest zainstalowane Visual Studio z Visual C++. Dodatkowo należy dodać ścieżkę do kompilatora cl.exe
do zmiennej środowiskowej PATH
(zwykle: C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\[wersja]\[wersja]\VC\Tools\MSVC\[wersja]\bin\Hostx86\x86
), ponadto należy dodać zmienną środowiskową LIB
oraz INCLUDE
, na podstawie wartości tej zmiennej z środowiska Developer Command Prompt for VS
. W tym celu należy uruchomić deweloperski wiersz poleceń, wypisać zmianne echo %LIB%
, echo %INCLUDE%
, a następnie ręcznie je dodać.
Do kompilacji wymagany jest również assembler nasm
. Należy go ściągnąć (https://www.nasm.us/pub/nasm/releasebuilds/), a ścieżkę do niego dodać do zmieninej PATH
.