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入门编译原理之前端对接LLVM IR

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周杰伦

文章分类软件逆向阅读数 : 591阅读时长 : 9分钟

接上篇，本篇将前端解析到的AST对接到LLVM IR。本文目标明确，就直贴代码了。

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import llvmlite.ir as ir
import llvmlite.binding as llvm
 
# 初始化LLVM
llvm.initialize()
llvm.initialize_native_target()
llvm.initialize_native_asmprinter()
 
# 创建LLVM模块
module = ir.Module(name = "my_module" )
# 创建一个LLVM上下文和函数
context = ir.Context()
function = None
 
# 创建LLVM IR构建器
builder = None
 
# 创建一个LLVM上下文和函数
# context = llvm.getGlobalContext()
# function = None
 
 
# Token 类用于表示词法分析器生成的令牌
class Token:
     def __init__( self , type , value = None ):
         self . type = type
         self .value = value
 
# Lexer 类负责将输入文本解析成令牌流
class Lexer:
     def __init__( self , text):
         self .text = text  # 要解析的文本
         self .pos = 0      # 当前解析位置
 
     # 获取下一个令牌
     def get_next_token( self ):
         if self .pos > = len ( self .text):
             return Token( "EOF" )  # 如果已经到达文本末尾，返回一个表示结束的令牌
         
         current_char = self .text[ self .pos]
 
         # 如果当前字符是字母，则解析标识符
         if current_char.isalpha():
             identifier = ""
             while self .pos < len ( self .text) and self .text[ self .pos].isalnum():
                 identifier + = self .text[ self .pos]
                 self .pos + = 1
             return Token( "IDENTIFIER" , identifier)
 
         # 如果当前字符是数字，则解析数字
         if current_char.isdigit():
             self .pos + = 1
             return Token( "NUMBER" , int (current_char))
     
         # 如果当前字符是运算符，则解析运算符
         if current_char in "+-*/" :
             self .pos + = 1
             return Token( "OPERATOR" , current_char)
 
         # 如果当前字符是等号，则解析为赋值符号
         if current_char = = "=" :
             self .pos + = 1
             return Token( "ASSIGN" , "=" )
 
         # 如果当前字符是分号，则解析为分号
         if current_char = = ";" :
             self .pos + = 1
             return Token( "SEMICOLON" , ";" )
 
         # 如果当前字符是左括号，则解析为左括号
         if current_char = = "(" :
             self .pos + = 1
             return Token( "LPAREN" , "(" )
 
         # 如果当前字符是右括号，则解析为右括号
         if current_char = = ")" :
             self .pos + = 1
             return Token( "RPAREN" , ")" )
 
         # 如果当前字符是空格或制表符，则忽略并获取下一个令牌
         if current_char in " \t" :
             self .pos + = 1
             return self .get_next_token()
 
         raise ValueError( "Invalid character" )  # 如果遇到无法识别的字符，引发异常
 
# Parser 类负责解析令牌流并计算结果
class Parser:
     def __init__( self , lexer):
         self .lexer = lexer  # 词法分析器
         self .current_token = self .lexer.get_next_token()  # 当前令牌
         self .variables = {}  # 存储变量名和值的字典
 
     # 解析整个表达式并生成LLVM IR
     def parse( self ):
         global builder, function
         results = []
         
         # 创建主函数
         main_function_type = ir.FunctionType(ir.IntType( 32 ), ())
         function = ir.Function(module, main_function_type, name = "main" )
         block = function.append_basic_block(name = "entry" )
         builder = ir.IRBuilder(block)
 
         while self .current_token. type ! = "EOF" :
             result = self .parse_statement()
             results.append(result)
             if self .current_token. type = = "SEMICOLON" :
                 self .eat( "SEMICOLON" )
 
         builder.ret(results[ - 1 ])
         return results
 
     # 解析表达式并生成LLVM IR
     def parse_expression( self , min_precedence = 0 ):
         left = self .parse_atom()
 
         while self .current_token. type = = "OPERATOR" and self .precedence( self .current_token.value) > = min_precedence:
             operator = self .current_token.value
             self .eat( "OPERATOR" )
             right = self .parse_expression( self .precedence(operator) + 1 )
             
             if operator = = "+" :
                 result = builder.add(left, right, name = "addtmp" )
             elif operator = = "-" :
                 result = builder.sub(left, right, name = "subtmp" )
             elif operator = = "*" :
                 result = builder.mul(left, right, name = "multmp" )
             elif operator = = "/" :
                 result = builder.sdiv(left, right, name = "divtmp" )
             left = result
 
         return left
 
     # 解析原子表达式并生成LLVM IR
     def parse_atom( self ):
         if self .current_token. type = = "NUMBER" :
             value = self .current_token.value
             self .eat( "NUMBER" )
             return ir.Constant(ir.IntType( 32 ), value)
         elif self .current_token. type = = "IDENTIFIER" :
             variable_name = self .current_token.value
             self .eat( "IDENTIFIER" )
             if variable_name in self .variables:
                 return self .variables[variable_name]
             else :
                 raise ValueError(f "Undefined variable: {variable_name}" )
         elif self .current_token. type = = "LPAREN" :
             self .eat( "LPAREN" )
             expression = self .parse_expression()
             self .eat( "RPAREN" )
             return expression
         else :
             raise ValueError( "Invalid syntax" )
 
     def parse_statement( self ):
         if self .current_token. type = = "IDENTIFIER" :
             variable_name = self .current_token.value
             self .eat( "IDENTIFIER" )
             self .eat( "ASSIGN" )
             expression_value = self .parse_expression()
             self .eat( "SEMICOLON" )
             self .variables[variable_name] = expression_value
             return expression_value
         else :
             return self .parse_expression()
 
     def eat( self , token_type):
         if self .current_token. type = = token_type:
             self .current_token = self .lexer.get_next_token()
         else :
             raise ValueError( "Unexpected token" )
 
     def precedence( self , operator):
         precedence = { "+" : 1 , "-" : 1 , "*" : 2 , "/" : 2 }
         return precedence.get(operator, 0 )
 
     def apply_operator( self , left, operator, right):
         if operator = = "+" :
             return left + right
         elif operator = = "-" :
             return left - right
         elif operator = = "*" :
             return left * right
         elif operator = = "/" :
             return left / right
 
# 计算函数，接受一个表达式并返回计算结果
def calculate(expression):
     lexer = Lexer(expression)
     parser = Parser(lexer)
     results = parser.parse()
 
     # 使用 str 方法将 LLVM IR 内部表示转换为格式化的LLVM IR 汇编代码
     formatted_ir = str (module)
     # 打印格式化的 LLVM IR 汇编代码
     # print(formatted_ir)
 
     return results, formatted_ir
 
'''
# 测试代码
expression = "x = 3 * (4-1); y = 2*x + 2;"
# expression = "7"
results = calculate(expression)
print(results)  # 输出结果为 [12, 14, None]
'''
# 测试代码
expression = "x = 3 * (4-1); y = 2*x + 2;"
llvm_ir = calculate(expression)
print ( "\n------------------------------------------" )
print ( "LLVM IR的内部表示:\n" , llvm_ir[ 0 ])
print ( "\n------------------------------------------" )
print ( "LLVM IR的内部表示格式化和排版的LLVM IR汇编代码:\n" , llvm_ir[ 1 ])

输出结果:
图片描述

下篇就是将IR转成汇编语言了... ...



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