深入浅出，打造编译器玩具——Swift篇（3）

编译器玩具之旅：第三章

在这一章激动人心的旅程中，我们将探索编译器设计中一个至关重要的步骤：将抽象语法树（AST）转化为中间代码（LLVM IR）。这一过程是编译器将人类可读的代码转换成计算机可执行指令的关键一步。

为 ExprAST 定义 codeGen 方法

我们的第一步是为 ExprAST 协议定义一个 codeGen 方法。该方法的职责是将 AST 节点转换为 LLVM IR 中的 IRValue 对象，它代表了 AST 节点表示的 IR。

protocol ExprAST {
    func codeGen(in module: LLVMModule) -> IRValue
}

生成 Module 对象

接下来，我们需要创建 Module 对象。模块是 LLVM IR 中的基本容器，它包含了函数、全局变量和其他编译单元。

let theModule = LLVMModule(name: "MyModule")

为 NumberAST 生成 IR

作为示例，让我们看看如何为 NumberAST 生成 IR。NumberAST 表示一个常数，我们可以直接使用 LLVMConstant 来创建 IRValue。

extension NumberAST: ExprAST {
    func codeGen(in module: LLVMModule) -> IRValue {
        return LLVMConstant(float: self.value)
    }
}

为 BinaryAST 生成 IR

BinaryAST 表示一个二元操作，例如加法或减法。我们可以使用 LLVMBinaryOperator 来创建 IRValue，并指定操作类型和操作数。

extension BinaryAST: ExprAST {
    func codeGen(in module: LLVMModule) -> IRValue {
        let lhsIR = lhs.codeGen(in: module)
        let rhsIR = rhs.codeGen(in: module)
        
        switch self.op {
            case .add: return LLVMBinaryOperator(op: .add, lhs: lhsIR, rhs: rhsIR)
            case .sub: return LLVMBinaryOperator(op: .sub, lhs: lhsIR, rhs: rhsIR)
            // ...其他操作...
        }
    }
}

其他 AST 节点的 IR 生成

类似地，我们可以为其他 AST 节点定义 codeGen 方法，如 UnaryAST、VariableAST 和 CallAST。每个方法都应根据 AST 节点的语义生成相应的 IRValue。

从 AST 到 IR 的转化之旅

通过将 AST 转换为 IR，我们为编译器提供了计算机可以理解的表示形式。这使得编译器能够进行后续的优化和代码生成步骤，最终将我们的 Swift 代码转换为高效的机器代码。

结语

将 AST 转换为 IR 是编译器设计中至关重要且迷人的步骤。通过理解这一过程，我们不仅可以深入了解编译器的内部运作，还可以欣赏计算机科学的优雅与力量。