Toyc Compiler

Toyc Compiler 是一个简易的编译器实现，用于将类 C 语言的源代码编译为 RISC-V 汇编代码。该编译器包含词法分析、语法分析、语义分析和代码生成等完整编译流程。

功能特点

• 支持基本的类 C 语法结构（函数定义、变量声明、条件语句、循环语句等）
• 实现完整的编译流程：词法分析 → 语法分析 → 语义分析 → 代码生成
• 生成符合 RISC-V 架构的汇编代码
• 支持函数调用、参数传递和返回值处理
• 实现寄存器分配和栈管理，包括栈帧对齐和溢出处理

技术架构

编译器主要由以下几个模块组成：

1. 词法分析器（Lexer）：将源代码转换为 token 序列
2. 语法分析器（Parser）：根据 token 序列构建抽象语法树（AST）
3. 语义分析器（SemanticAnalyzer）：检查代码中的语义错误
4. 代码生成器（CodeGenerator）：将 AST 转换为 RISC-V 汇编代码
5. 辅助组件：包括符号表管理、寄存器分配器等

支持的语法

数据类型

• 整数类型（int）
• 空类型（void）

语句

• 变量声明与初始化（int a; 或 int b = 5;）
• 赋值语句（a = b + c;）
• 条件语句（if-else）
• 循环语句（while）
• 跳转语句（break、continue、return）
• 表达式语句
• 块语句（{ ... }）

表达式

• 算术运算（+、-、*、/、%）
• 关系运算（==、!=、<、>、<=、>=）
• 逻辑运算（&&、||、!）
• 函数调用表达式

函数

• 函数定义（支持int和void返回类型）
• 函数参数（最多支持 8 个寄存器传递参数，超过的通过栈传递）
• 函数调用

编译与使用

编译环境

• C++17 或更高版本编译器
• CMake 3.28.3 或更高版本
• 支持 RISC-V 汇编的环境（如 QEMU 模拟器）

编译步骤

1. 克隆代码仓库

   git clone <仓库地址>
   cd compiler-gitee-master

2. 创建构建目录并编译

   mkdir build
   cd build
   cmake ..
   make

3. 运行编译器

   ./Toyc_Complier < input_file > output.asm

4. 使用 RISC-V 工具链编译生成的汇编代码

   riscv64-unknown-elf-gcc -o output output.asm

5. 使用 QEMU 运行程序

   qemu-riscv64 ./output

代码结构

compiler-gitee-master/
├── include/               # 头文件目录
│   ├── Lexer.h            # 词法分析器头文件
│   ├── Parser.h           # 语法分析器头文件
│   ├── ASTVisitor.h       # AST访问器接口
│   ├── CodeGenerator.h    # 代码生成器头文件
│   └── SemanticAnalyzer.h # 语义分析器头文件
├── src/                   # 源代码目录
│   ├── Lexer.cpp          # 词法分析器实现
│   ├── Parser.cpp         # 语法分析器实现
│   ├── Codegen.cpp        # 代码生成器实现
│   └── ...
├── main.cpp               # 主程序入口
└── CMakeLists.txt         # 构建配置文件

示例

输入代码（类 C 语言）

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int x = 5;
    int y = 3;
    int z = add(x, y);
    return z;
}

生成的 RISC-V 汇编代码（简化版）

.data

.text
.global main

add:
    # 函数序言
    addi sp, sp, -16
    sw ra, 12(sp)
    sw fp, 8(sp)
    addi fp, sp, 16
    
    # 函数体
    lw t0, 0(sp)    # 加载参数a
    lw t1, 4(sp)    # 加载参数b
    add a0, t0, t1  # 计算a + b，结果存入a0
    
    # 函数尾声
add_epilogue:
    lw ra, 12(sp)
    lw fp, 8(sp)
    addi sp, sp, 16
    jr ra

main:
    # 函数序言（略）
    
    # 变量初始化
    li t0, 5
    sw t0, 0(sp)    # x = 5
    li t0, 3
    sw t0, 4(sp)    # y = 3
    
    # 调用add函数
    lw a0, 0(sp)
    lw a1, 4(sp)
    call add
    sw a0, 8(sp)    # z = add(x, y)
    
    # 返回
    lw a0, 8(sp)
main_epilogue:
    # 函数尾声（略）
    jr ra

限制与未来改进

当前版本的编译器存在一些限制：

• 仅支持整数类型
• 不支持数组和结构体
• 不支持指针
• 优化程度有限

未来可以考虑的改进方向：

• 增加更多数据类型支持
• 实现更复杂的控制流结构
• 加入代码优化阶段
• 支持更多的 C 语言特性