深入解析C语言解释器中的表达式处理-优快云博客

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深入解析C语言解释器中的表达式处理

write-a-C-interpreter Write a simple interpreter of C. Inspired by c4 and largely based on it. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/wr/write-a-C-interpreter

本文将详细讲解如何在C语言解释器项目中实现表达式解析功能。表达式是编程语言中最基础也最复杂的部分之一，理解其实现原理对于构建解释器至关重要。

表达式基础

表达式是由编程语言元素组成的组合，能够产生结果。常见的表达式包括函数调用、变量赋值和各种运算符的计算等。在实现表达式解析时，我们需要特别关注两个关键点：

运算符的优先级
运算符对应的目标汇编代码

运算符优先级处理

运算符优先级决定了计算顺序，即使某些运算符在表达式中出现得更早。例如，乘法运算符*比加法运算符+优先级高，因此在表达式2 + 3 * 4中，正确的计算顺序是2 + (3 * 4)而不是(2 + 3) * 4。

使用栈处理优先级

我们采用双栈法来处理运算符优先级：

一个栈用于存储操作数
另一个栈用于存储运算符

以表达式2 + 3 - 4 * 5为例，处理步骤如下：

将2压入操作数栈
遇到运算符+，压入运算符栈
遇到3，压入操作数栈
遇到运算符-，发现它与+优先级相同，于是先计算2+3，将结果5压回操作数栈，再压入-
遇到4，压入操作数栈
遇到*，优先级高于-，暂时不计算
遇到5，压入操作数栈
表达式结束，先计算4 * 5，再计算5 - 20，最终得到-15

一元运算符处理

一元运算符具有最高优先级，因此需要优先处理。常见的一元运算符包括：

常量处理

对于数字常量，使用IMM指令将其加载到AX寄存器：

if (token == Num) {
    match(Num);
    *++text = IMM;
    *++text = token_val;
    expr_type = INT;
}

字符串字面量

C语言支持字符串连接特性：

else if (token == '"') {
    *++text = IMM;
    *++text = token_val;
    match('"');
    // 处理后续字符串
    while (token == '"') {
        match('"');
    }
    // 添加字符串结束符'\0'
    data = (char *)(((int)data + sizeof(int)) & (-sizeof(int)));
    expr_type = PTR;
}

sizeof运算符

sizeof是一个特殊的一元运算符，需要确定其参数的类型：

else if (token == Sizeof) {
    match(Sizeof);
    match('(');
    expr_type = INT;
    // 处理不同类型
    if (token == Int) match(Int);
    else if (token == Char) {
        match(Char);
        expr_type = CHAR;
    }
    // 处理指针类型
    while (token == Mul) {
        match(Mul);
        expr_type = expr_type + PTR;
    }
    match(')');
    // 生成代码
    *++text = IMM;
    *++text = (expr_type == CHAR) ? sizeof(char) : sizeof(int);
    expr_type = INT;
}

变量和函数调用处理

标识符可能代表变量或函数调用，需要统一处理：

else if (token == Id) {
    match(Id);
    id = current_id;
    
    if (token == '(') {
        // 函数调用处理
        match('(');
        // 处理参数
        tmp = 0;
        while (token != ')') {
            expression(Assign);
            *++text = PUSH;
            tmp++;
            if (token == ',') match(',');
        }
        match(')');
        
        // 生成调用代码
        if (id[Class] == Sys) {
            *++text = id[Value]; // 系统函数
        } else if (id[Class] == Fun) {
            *++text = CALL;
            *++text = id[Value]; // 用户函数
        }
        
        // 清理参数栈
        if (tmp > 0) {
            *++text = ADJ;
            *++text = tmp;
        }
        expr_type = id[Type];
    }
    // 其他情况处理...
}

二元运算符处理

二元运算符需要特别注意优先级问题。我们通过expression(level)中的level参数来控制当前运算符的优先级。

赋值运算符

赋值运算符=具有最低优先级：

if (token == Assign) {
    match(Assign);
    if (*text == LC || *text == LI) {
        *text = PUSH; // 保存左值的指针
    }
    expression(Assign);
    expr_type = tmp;
    *++text = (expr_type == CHAR) ? SC : SI;
}

数学运算符

以按位异或^为例：

else if (token == Xor) {
    match(Xor);
    *++text = PUSH;
    expression(And);
    *++text = XOR;
    expr_type = INT;
}

对于指针运算需要特殊处理，例如指针加法需要考虑类型大小：

else if (token == Add) {
    match(Add);
    *++text = PUSH;
    expression(Mul);
    expr_type = tmp;
    
    if (expr_type > PTR) {
        // 指针类型，且不是char*
        *++text = PUSH;
        *++text = IMM;
        *++text = sizeof(int);
        *++text = MUL;
    }
    *++text = ADD;
}