由於語法分析本身比較複雜，所以我們將它拆分成 3 個部分進行講解，分別是：變數定義、函式定義、表示式。本章講解函式定義相關的內容。
本系列：
- 手把手教你做一個 C 語言編譯器（0）：前言
- 手把手教你做一個 C 語言編譯器（1）：設計
- 手把手教你做一個 C 語言編譯器（2）：虛擬機器
- 手把手教你做一個 C 語言編譯器（3）：詞法分析器
- 手把手教你做一個 C 語言編譯器（4）：遞迴下降
- 手把手教你做一個 C 語言編譯器（5）：變數定義
EBNF 表示
這是上一章的 EBNF 方法中與函式定義相關的內容。
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variable_decl ::= type {'*'} id { ',' {'*'} id } ';' function_decl ::= type {'*'} id '(' parameter_decl ')' '{' body_decl '}' parameter_decl ::= type {'*'} id {',' type {'*'} id} body_decl ::= {variable_decl}, {statement} statement ::= non_empty_statement | empty_statement non_empty_statement ::= if_statement | while_statement | '{' statement '}' | 'return' expression | expression ';' if_statement ::= 'if' '(' expression ')' statement ['else' non_empty_statement] while_statement ::= 'while' '(' expression ')' non_empty_statement |
解析函式的定義
上一章的程式碼中，我們已經知道了什麼時候開始解析函式的定義，相關的程式碼如下：
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... if (token == '(') { current_id[Class] = Fun; current_id[Value] = (int)(text + 1); // the memory address of function function_declaration(); } else { ... |
即在這斷程式碼之前，我們已經為當前的識別符號（identifier）設定了正確的型別，上面這斷程式碼為當前的識別符號設定了正確的類別（Fun），以及該函式在程式碼段（text segment）中的位置。接下來開始解析函式定義相關的內容：parameter_decl 及 body_decl。
函式引數與彙編程式碼
現在我們要回憶如何將“函式”轉換成對應的彙編程式碼，因為這決定了在解析時我們需要哪些相關的資訊。考慮下列函式：
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int demo(int param_a, int *param_b) { int local_1; char local_2; ... } |
那麼它應該被轉換成什麼樣的彙編程式碼呢？在思考這個問題之前，我們需要了解當 demo函式被呼叫時，計算機的棧的狀態，如下（參照第三章講解的虛擬機器）：
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| .... | high address +---------------+ | arg: param_a | new_bp + 3 +---------------+ | arg: param_b | new_bp + 2 +---------------+ |return address | new_bp + 1 +---------------+ | old BP | <- new BP +---------------+ | local_1 | new_bp - 1 +---------------+ | local_2 | new_bp - 2 +---------------+ | .... | low address |
這裡最為重要的一點是，無論是函式的引數（如 param_a）還是函式的區域性變數（如local_1）都是存放在計算機的 棧 上的。因此，與存放在 資料段 中的全域性變數不同，在函式內訪問它們是通過 new_bp 指標和對應的位移量進行的。因此，在解析的過程中，我們需要知道引數的個數，各個引數的位移量。
函式定義的解析
這相當於是整個函式定義的語法解析的框架，程式碼如下：
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void function_declaration() { // type func_name (...) {...} // | this part match('('); function_parameter(); match(')'); match('{'); function_body(); //match('}'); // ① // ② // unwind local variable declarations for all local variables. current_id = symbols; while (current_id[Token]) { if (current_id[Class] == Loc) { current_id[Class] = current_id[BClass]; current_id[Type] = current_id[BType]; current_id[Value] = current_id[BValue]; } current_id = current_id + IdSize; } } |
其中①中我們沒有消耗最後的}字元。這麼做的原因是：variable_decl 與 function_decl是放在一起解析的，而 variable_decl 是以字元 ; 結束的。而 function_decl 是以字元 }結束的，若在此通過 match 消耗了 ‘;’ 字元，那麼外層的 while 迴圈就沒法準確地知道函式定義已經結束。所以我們將結束符的解析放在了外層的 while 迴圈中。
而②中的程式碼是用於將符號表中的資訊恢復成全域性的資訊。這是因為，區域性變數是可以和全域性變數同名的，一旦同名，在函式體內區域性變數就會覆蓋全域性變數，出了函式體，全域性變數就恢復了原先的作用。這段程式碼線性地遍歷所有識別符號，並將儲存在 BXXX 中的資訊還原。
解析引數
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parameter_decl ::= type {'*'} id {',' type {'*'} id} |
解析函式的引數就是解析以逗號分隔的一個個識別符號，同時記錄它們的位置與型別。
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int index_of_bp; // index of bp pointer on stack void function_parameter() { int type; int params; params = 0; while (token != ')') { // ① // int name, ... type = INT; if (token == Int) { match(Int); } else if (token == Char) { type = CHAR; match(Char); } // pointer type while (token == Mul) { match(Mul); type = type + PTR; } // parameter name if (token != Id) { printf("%d: bad parameter declaration\n", line); exit(-1); } if (current_id[Class] == Loc) { printf("%d: duplicate parameter declaration\n", line); exit(-1); } match(Id); //② // store the local variable current_id[BClass] = current_id[Class]; current_id[Class] = Loc; current_id[BType] = current_id[Type]; current_id[Type] = type; current_id[BValue] = current_id[Value]; current_id[Value] = params++; // index of current parameter if (token == ',') { match(','); } } // ③ index_of_bp = params+1; } |
其中①與全域性變數定義的解析十分一樣，用於解析該引數的型別。
而②則與上節中提到的“區域性變數覆蓋全域性變數”相關，先將全域性變數的資訊儲存（無論是是否真的在全域性中用到了這個變數）在 BXXX 中，再賦上區域性變數相關的資訊，如 Value 中存放的是引數的位置（是第幾個引數）。
③則與彙編程式碼的生成有關，index_of_bp 就是前文提到的 new_bp 的位置。
函式體的解析
我們實現的 C 語言與現代的 C 語言不太一致，我們需要所有的變數定義出現在所有的語句之前。函式體的程式碼如下：
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void function_body() { // type func_name (...) {...} // -->| |<-- // ... { // 1. local declarations // 2. statements // } int pos_local; // position of local variables on the stack. int type; pos_local = index_of_bp; // ① while (token == Int || token == Char) { // local variable declaration, just like global ones. basetype = (token == Int) ? INT : CHAR; match(token); while (token != ';') { type = basetype; while (token == Mul) { match(Mul); type = type + PTR; } if (token != Id) { // invalid declaration printf("%d: bad local declaration\n", line); exit(-1); } if (current_id[Class]) { // identifier exists printf("%d: duplicate local declaration\n", line); exit(-1); } match(Id); // store the local variable current_id[BClass] = current_id[Class]; current_id[Class] = Loc; current_id[BType] = current_id[Type]; current_id[Type] = type; current_id[BValue] = current_id[Value]; current_id[Value] = ++pos_local; // index of current parameter if (token == ',') { match(','); } } match(';'); } // ② // save the stack size for local variables *++text = ENT; *++text = pos_local - index_of_bp; // statements while (token != '}') { statement(); } // emit code for leaving the sub function *++text = LEV; } |
其中①用於解析函式體內的區域性變數的定義，程式碼與全域性的變數定義幾乎一樣。
而②則用於生成彙編程式碼，我們在第三章的虛擬機器中提到過，我們需要在棧上為區域性變數預留空間，這兩行程式碼起的就是這個作用。
程式碼
本章的程式碼可以在 Github 上下載，也可以直接 clone
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git clone -b step-4 https://github.com/lotabout/write-a-C-interpreter |
本章的程式碼依舊無法執行，還有兩個重要函式沒有完成：statement 及 expression，感興趣的話可以嘗試自己實現它們。
小結
本章中我們用了不多的程式碼完成了函式定義的解析。大部分的程式碼依舊是用於解析變數：引數和區域性變數，而它們的邏輯和全域性變數的解析幾乎一致，最大的區別就是儲存的資訊不同。
當然，要理解函式定義的解析過程，最重要的是理解我們會為函式生成怎樣的彙編程式碼，因為這決定了我們需要從解析中獲取什麼樣的資訊（例如引數的位置，個數等），而這些可能需要你重新回顧一下“虛擬機器”這一章，或是重新學習學習彙編相關的知識。
下一章中我們將講解最複雜的表示式的解析，同時也是整個編譯器最後的部分，敬請期待。
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