自己動手寫編譯器、連結器

前言

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。

——陸游編譯原理與技術的一整套理論在整個計算機科學領域占有相當重要的地位，學習它對程式設計人員有很大的幫助。我們考究歷史會發現那些人人稱頌的程式設計大師都是編譯領域的高手，像寫出Sun公司的Java之父等，在編譯領域都有很深的造詣。曾經在世界首富寶座上穩坐多年的比爾·蓋茨也是從給微機編寫BASIC語言編譯器起家的，也正是這個BASIC編譯器為比爾·蓋茨和保羅·艾倫的微軟帝國奠定了基礎。這個編寫BASIC語言編譯器的經歷，開啟了比爾·蓋茨的輝煌職業生涯。

編譯器是一種相當複雜的程式，編寫甚至讀懂這樣的一個程式都非易事，大多數的計算機科學家和專業人員也從來沒有編寫過一個完整的編譯器。但是，幾乎所有形式的計算都要用到編譯器，而且任何一個與計算機打交道的專業人員都應掌握編譯器的基本結構和操作。除此之外，計算機應用程式中經常遇到的一個任務就是命令解釋程式和界面程式的開發，這比編譯器要小，但使用的卻是相同的技術。因此，掌握這一技術具有非常大的實際意義。

李國傑院士說: “隨著微處理器技術的飛速發展，處理器性能在很大程度上取決於編譯器的質量，編譯技術成為計算機的核心技術，地位變得越來越重要。我國要發展自己的微處理器事業，必然要有自己的編譯技術作為後盾。”

回過頭來說一說是什麼樣的原因使我萌生了寫這樣一本書的想法。作者學習其他計算機課程感覺沒有特別難懂的，唯獨看編譯原理的教材，看完了雲裡霧裡的，感覺一知半解，我感覺可能是學的教材過於理論化，於是到書店把所有跟編譯原理有關的書籍統統買回家，當然這也包括大家公認的編譯原理三大經典書籍（龍書、虎書、鯨書）在內，每一本我都從頭到尾翻一遍，好像什麼都懂了，又感覺要真的自己動手寫個編譯器仍然是只有大師才能完成，對自己還是可望而不可即的事情。並且作者也了解到許多關於編譯原理實踐的悲觀論調: “現有的編譯器都是用Lex和Yacc構造的，從頭開始手工編寫一個完整的編譯器幾乎是不可能的。”可作者偏偏是那種“明知山有虎，偏向虎山行”的人，要知道早期的編譯器可都是純手工構造的，苦辣酸甜的征程就此開始，可是寫個什麼語言的編譯器？這個編譯器怎么定位？這一切都很茫然。

我開始研究編譯原理書上的樣例，希望能從中找到靈感，給上述問題找到答案。世界著名計算機科學家N.Worth編寫的PL/0語言的編譯程式是作者最先研究的編譯器，它功能簡單、結構清晰、可讀性強，被認為是一個非常合適的小型編譯程式的學習模型，可這個編譯程式不支持數組、結構體、字元串，並且是以假想的棧式機器為例來編寫的，而不是直接生成在某種CPU，某種作業系統環境下直接可以運行的目標語言程式。“PL/0語言的編譯程式”作為編譯器的學習模型，也只能算“矬子裡面拔將軍”，因為沒有更好的，也只好將就著用了。至此，編譯器定位問題算有了些眉目，作者希望構造一個更適合學習的編譯器。可是，另一個問題接踵而至，為什麼那么多開源編譯器不能直接用作編譯器學習模型呢？我開始研究各個開源編譯器的原始碼，其中包括GCC的原始碼，由於GCC支持多個前端語言和各種後端機器平台、AST（Abstract Syntax Tree）和RTL(Register Transfer Language)又成了繞不過去的坎，還沒學會怎么編寫針對一種源語言、一種目標機器的編譯器，就要去學習支持多種源語言多個機器平台的編譯器，就好比一個嬰兒還沒學會走路就要學跑，這注定是要跌跟頭的。

自己動手寫編譯器、連結器

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