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HZY1618yzh edited this page Jul 27, 2026 · 1 revision

开发文档

本文档介绍 mio 编译器的内部实现，帮助开发者理解和贡献代码。

项目结构

mio/
├── src/
│   ├── token.hpp      # 词法单元定义
│   ├── lexer.hpp      # 词法分析器
│   ├── types.hpp      # 类型系统
│   ├── ast.hpp        # 抽象语法树
│   ├── parser.hpp     # 语法分析器
│   ├── codegen.hpp    # LLVM 代码生成器
│   ├── main.cpp       # 编译器入口
│   ├── build.sh       # Linux/macOS 构建脚本
│   └── build.ps1      # Windows 构建脚本
├── include/           # 标准库头文件
│   ├── stdio.mio
│   ├── string.mio
│   ├── stdlib.mio
│   ├── math.mio
│   └── std.mio
└── lib/               # 预编译库
    └── windows/
        └── *.lib

编译流程

1. 词法分析（Lexer）

lexer.hpp 将源代码字符串转换为 Token 序列。

关键功能：

  • 跳过空白字符和 # 注释行
  • 识别标识符、关键字、数字（十进制/十六进制）
  • 解析字符串和字符字面量（支持转义：\n, \t, \r, \\, \", \', \0）
  • 解析 @ 宏指令（@if, @elif, @else, @end）
  • 提供 peek() 预读功能
  • is_template_instantiation() 检测模板实例化

关键字表：

import, extern, var, const, if, else, elif, while, for,
break, continue, goto, return, struct, enum, union, class,
namespace, public, private, protected, virtual, override,
static, operator, true, false, this, macro, template,
typename, sizeof

2. 类型系统（Types）

types.hpp 定义 Mio 语言的类型表示。

MioType 结构：

class MioType {
    MioTypeKind kind;        // 类型种类
    std::string name;        // 类型名称（struct/enum/union）
    int array_size;          // 数组大小
    MioType* base_type;      // 基类型（指针/数组）
    std::vector<MioType*> param_types;  // 参数类型（函数/模板）
};

类型种类（MioTypeKind）：

  • 基本类型：VOID, I8-I128, U8-U128, USIZE, ISIZE, F32, F64, BOOL, CHAR
  • 复合类型：STRUCT, ENUM, UNION, ARRAY, FUNC, POINTER

3. 抽象语法树（AST）

ast.hpp 定义所有 AST 节点类型。

节点分类：

分类 节点类型
程序 PROGRAM, IMPORT
声明 VAR_DECL, CONST_DECL, FUNC_DEF
类型定义 STRUCT_DEF, ENUM_DEF, UNION_DEF, CLASS_DEF, NAMESPACE_DEF
语句 BLOCK, IF_STMT, WHILE_STMT, FOR_STMT, BREAK_STMT, CONTINUE_STMT, GOTO_STMT, LABEL_STMT, RETURN_STMT, EXPR_STMT
表达式 BINARY_EXPR, UNARY_EXPR, CALL_EXPR, INDEX_EXPR, MEMBER_EXPR, IDENT_EXPR, INT_LIT, FLOAT_LIT, STRING_LIT, BOOL_LIT, CHAR_LIT, ARRAY_LIT, CAST_EXPR, ASSIGN_EXPR, SIZEOF_EXPR
高级 MACRO_DEF, TEMPLATE_DEF

辅助结构：

  • TemplateParam — 模板参数（类型参数/值参数）
  • TemplateArg — 模板实参
  • Param — 函数参数
  • Field — 结构体/类字段
  • Variant — 枚举变体
  • UnionField — 联合体字段
  • InitField — 构造函数初始化列表项

4. 语法分析（Parser）

parser.hpp 采用递归下降解析，将 Token 序列转换为 AST。

表达式优先级（从低到高）：

  1. 赋值（=, +=, -=, *=, /=, %=, &=, |=, ^=, <<=, >>=）
  2. 逻辑或（||）
  3. 逻辑与（&&）
  4. 按位或（|）
  5. 按位异或（^）
  6. 按位与（&）
  7. 相等性（==, !=）
  8. 关系性（<, >, <=, >=）
  9. 移位（<<, >>）
  10. 加减法（+, -）
  11. 乘除模（*, /, %）
  12. 一元运算符（-, !, ~, *, &）
  13. 后缀运算符（调用 (), 索引 [], 成员 ./->）
  14. 主表达式（字面量、标识符、括号、数组、转换、sizeof）

导入解析：

  • 支持 import stdio; 和 import "file.mio"; 两种语法
  • 递归解析被导入文件，防止重复导入
  • 搜索路径：当前目录 → -I 指定路径

模板解析：

  • template<T:typename> — 类型参数
  • template<T:typename, len:i32=100> — 值参数（带默认值）
  • 支持函数模板和类模板

5. 代码生成（CodeGen）

codegen.hpp 将 AST 转换为 LLVM IR，并调用 LLD 链接器生成可执行文件。

LLVM 集成：

  • 使用 llvm::IRBuilder 生成 IR
  • 支持 LLVM 优化传递（-O0 到 -O3）
  • 使用 LLD（coff/elf/macho 驱动）进行链接

类型映射：

Mio 类型 LLVM 类型
i8/u8/char i8
i16/u16 i16
i32/u32 i32
i64/u64/isize/usize i64
i128/u128 i128
f32 float
f64 double
bool i1
T* pointer
T[N] [N x T] 或 pointer（N=0）
struct/class struct type
enum i32

代码生成流程：

  1. genProgram() — 遍历顶层声明
  2. genFuncDef() — 生成函数定义
  3. genStructDef() / genClassDef() — 生成类型定义
  4. genExpr() — 生成表达式代码
  5. emitLLVM() / emitAssembly() / emitObject() — 输出中间产物
  6. linkExecutable() — 调用 LLD 链接

虚函数表（vtable）：

  • 为每个包含虚函数的类生成 vtable 类型
  • 在构造函数中初始化 vtable 指针
  • 虚函数调用通过 vtable 间接调用

名称修饰：

  • 命名空间成员：namespace::name
  • 全局变量访问：::name 表示根命名空间
  • 模板实例化：name_Type1_Type2_...

内存管理

对象 管理方式
AST 节点 new/delete，析构函数递归释放子节点
MioType new/delete，析构函数递归释放子类型
Token tok_new/tok_free
字符串 mioStrndup/malloc/free

错误处理

  • 词法分析：未知字符生成 TOK_ERROR
  • 语法分析：error_count 计数，输出格式 文件名:行:列: error: 消息
  • 代码生成：error() 输出错误信息
  • main 函数：捕获 std::exception 和未知异常

构建

Linux/macOS

g++ -std=c++17 -o mioc src/main.cpp -lLLVM

Windows

# 使用 build.ps1 脚本
.\src\build.ps1

依赖

  • C++17 兼容编译器
  • LLVM 22.1.x
  • LLD 链接器

贡献指南

  1. 遵循现有代码风格（无空格缩进，紧凑格式）
  2. 修改后运行测试验证
  3. 确保跨平台兼容性（Windows/Linux/macOS）
  4. 更新相关文档

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