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[分享]简单编译器实现

发表于: 2026-4-20 16:19 1868

[分享]简单编译器实现

mb_binusgki 活跃值

2026-4-20 16:19

1868

# 前言
前几小结实现了简单的代码解释器、词法解析器，由以上基础铺垫 本节笔者将实现一个简易的编译器，实现效果为：编写简单代码 "a = 1 + 2" 编译器需要使用词法解析器将其解析成 token 序列，再将 token 序列建立 AST 节点，例如：
```
      =
     / \
    a   +
       / \
      1   2
```
这个“树结构”，就是 AST（Abstract Syntax Tree，抽象语法树）

其中涉及数字节点、二元表达式以及赋值节点

为什么要建立 AST 节点呢？ 因为当一个表达式 a = 1 + 2 程序并不知道先处理 = 还是处理 + ，以后还会实现更复杂的表达式 AST 节点可以很好解决优先级处理问题

有了 AST 节点后就能编写代码生成器，将 AST 转换为 虚拟机指令（MOV / ADD），最后输出机器码即可放入之前写的解释器中运行

本节将以最简编译器的方式走通从源码到结果的全流程，大致流程如下：
```
ource Code（源码）
 ↓
Lexer（词法分析 把字符串 → 切成“最小语法单元”） 
 ↓
Token（中间数据） 
 ↓
Parser（语法分析）
 ↓
AST（抽象语法树）
 ↓
CodeGen（代码生成）
 ↓
指令（IR / VM 指令）
 ↓
执行（解释器 / 虚拟机）
 ↓
结果
```

# 一、词法分析
将调用上节的代码进行复用
```
    // 1. 词法分析
    Lexer lexer(input);
    auto tokens = lexer.tokenize();
```

# 二、语法分析
目前只处理了 + 和 - 操作 以及 数字 + 数字 的形式，其余可自行补充

```
//语法解析
class Syntax {
public:
    Syntax(const std::vector<Token>& tokens)
        : tokens(tokens), pos(0) {
    }
    //解析
    AssignStmt parse() {
        AssignStmt stmt;

// a
        stmt.name = consume(TOK_VAR).text;

// = 这里没有保存值，只是“确认语法正确”
        consume(TOK_ASSIGN);

// 1 + 2 解析表达式
        stmt.expr = parseExpr();

return stmt;
    }

private:
    std::vector<Token> tokens;
    size_t pos;
    //当前pos指向的token
    Token& peek() {
        return tokens[pos];
    }
    //验证 + 前进
    Token consume(TokenType type) {
        if (tokens[pos].type != type) {
            throw std::runtime_error("unexpected token");
        }
        return tokens[pos++];
    }

// 只实现 1 + 2 这种
    Expr* parseExpr() {
        //解析左边
        Expr* left = parsePrimary();
        //判断是否有 +
        if (peek().type == TOK_ADD) {
            //处理 +
            consume(TOK_ADD);
            //解析右边
            Expr* right = parsePrimary();
            //构建 BinaryExpr: 1+2
            return new BinaryExpr('+', left, right);
        }
        //判断是否有 -
        if (peek().type == TOK_SUB) {
            //处理 -
            consume(TOK_SUB);
            //解析右边
            Expr* right = parsePrimary();
            //构建 BinaryExpr: 1+2
            return new BinaryExpr('-', left, right);
        }

return left;
    }
    //解析“最小单位” 把简单元素组合成表达式
    Expr* parsePrimary() {
        if (peek().type == TOK_NUMBER) {
            //stoi: 字符转换整数
            int v = std::stoi(consume(TOK_NUMBER).text);
            return new NumberExpr(v);
        }

throw std::runtime_error("invalid expression");
    }
};
```

# 三、代码生成
代码生成目前只支持 + 和 - 操作，剩余可自行添加
```
class CodeGen {
public:
    CodeGen(Assembler& as) : as(as) {}

void gen(const AssignStmt& stmt) {
        //把表达式计算结果放到 R0
        genExpr(stmt.expr);

// 这里只是演示，没有变量表
        // 先直接 print 结果
        PRINT(as, R0);
        HALT(as);
    }

private:
    Assembler& as;
    //递归生成表达式的指令
    void genExpr(Expr* expr) {
        //数字
        //dynamic_cast: 判断 expr 是不是 NumberExpr 类型
        if (auto num = dynamic_cast<NumberExpr*>(expr)) {
            //生成：MOV R0, 1
            MOVI(as, R0, num->value);
        }
        //二元表达式 expr 是 1 + 2
        else if (auto bin = dynamic_cast<BinaryExpr*>(expr)) {
            // 左边 → R0
            genExpr(bin->left);

// 右边 → R1
            int value = getNumber(bin->right);//把右边表达式“强行当成数字”
            MOVI(as, R1, value);

////处理+
            //if (bin->op == '+') {
            //    ADDR(as, R0, R1);
            //}
            switch (bin->op)
            {
            case '+': {
                ADDR(as, R0, R1);
                break;
            }
            case '-': {
                SUBR(as, R0, R1);
                break;
            }
            /*case '*': {
                ADDR(as, R0, R1);
                break;
            }
            case '/': {
                ADDR(as, R0, R1);
                break;
            }*/
            }

}
    }
    //把表达式“强行当成数字”
    int getNumber(Expr* expr) {
        if (auto num = dynamic_cast<NumberExpr*>(expr)) {
            return num->value;
        }
        throw std::runtime_error("only support number");
    }
};
```

# 四、测试
当前测试为简单表达式 "a = 10 - 2" ，运行后可在结果寄存器 R0 得到正确结果 8
```
int main() {
    std::string input = "a = 10 - 2";

// 1. 词法分析
    Lexer lexer(input);
    auto tokens = lexer.tokenize();

// 2. 语法分析
    Syntax parser(tokens);
    AssignStmt stmt = parser.parse();

// 3. 生成代码: AST → 虚拟机指令（MOV / ADD）
    Assembler as;
    CodeGen gen(as);
    gen.gen(stmt);

as.patch();

// 4. 调用循环解释器执行代码
    VM vm = {};
    LoopInterpreter(vm, as.getData());
}
```

# 总结
本节做了简单编译器的实现，用最小化的方式走通解释器的基础流程，欢迎讨论 如有错漏 请留言！

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#调试逆向 #系统底层 #软件保护 #VM保护 #加密算法 #问题讨论 #其他内容

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