上一篇文章 利用LLVM實現JS的編譯器，創造屬於自己的語言 中講到使用llvm用C實現JS編譯器，本片文章將使用JS來實現JS編譯器，還是應了《Atwood定律》能夠使用JavaScript實現的，必將使用JavaScript實現。本片文章C程式碼不超過10行，即使完全不會C也可以相對容易的閱讀。

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本次使用npm庫

@babel/core

直接使用@babel/core來進行詞法分析和生成ast。

llvm-node

使用本庫將ast樹繫結生成IR(中間程式碼)和編譯成二進位制檔案，雖然這個庫看起來沒什麼文件，但好用api基本寫在了llvm-node.d.ts裡面。題外話：講真我挺喜歡用ts寫的庫，但我個人不喜歡寫ts，當然這並不矛盾。

使用@babel/core進行解析

講真這個挺好用的，解析JS就幾行程式碼就能生成ast,爽歪歪，具體結構不展開，自己可以嘗試一下。程式碼也就幾行，應該一看就明白了。

//parse.js
const babel_core = require('@babel/core');
const fs  = require('fs');
module.exports = function (js_path){
    let js_conent = fs.readFileSync(js_path);
    let js_ast = babel_core.parse(js_conent);
    return js_ast;
}
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將解析的的AST繫結IR，實現編譯器

語法解析開始，針對不通的型別進入不通的入口進行解析

//jsvm.js
class JSVM{
...
    handler(node,parent_node = null) {
        switch(node.type) {
            case 'Program': // 這是主程式入口
                return this.programHandler(node);
            case 'FunctionDeclaration': // 當是方法的型別走這裡
                return this.functionHandler(node);
            case 'BlockStatement': // 程式碼塊型別走這裡
                return this.blockHandler(node);
            case 'IfStatement': // IF塊型別走這裡
                return this.ifHandler(node);
            case 'BinaryExpression': // 二進位制表示式型別走這裡
                return this.binaryHandler(node);
            case 'ReturnStatement': // 解析返回
                return this.returnHandler(node);
            case 'Identifier': // 變數或函式呼叫，需要通過父節點判斷，所以傳入
                return this.identifierHandler(node,parent_node);
            case 'NumericLiteral': //數字型別走這
                return this.numberHandler(node);
            case 'StringLiteral': //文字型別走這
                return this.stringHandler(node);
            case 'CallExpression': // 函式呼叫走著
                return this.callHandler(node);
            case 'ExpressionStatement': // 表示式型別走這
                return this.expressionHandler(node);
            default: // 目前不支援的型別直接拋錯
                throw new Error('not support grammar type');
        }
    }
    // 入口檔案
    gen() {
        // 初始化變數和方法包括C擴充套件
        this.init();
        // 將ast進行解析和繫結
        this.handler(this.js_ast.program);
    }
    // 對程式主題不斷解析下一個語法節點就好
    programHandler(node) {
        for(let i=0;i<node.body.length;i++)
        {
            this.handler(node.body[i]);
        }
    }
...    
}
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以函式繫結舉例

//jsvm.js
    functionHandler(node) {
        // 拿到函式節點的函式名
        let func_name = node.id.name;
        // 判斷模組中函式是否存在
        the_function = the_module.getFunction(func_name);
        if (the_function) {
           throw new Error('function is exist');
        }
        // 設定返回值，目前先定死為double型別
        let double_type = llvm.Type.getDoubleTy(the_context);
        // 設定引數，目前先定死為double型別
        let params_list = [];
        for(let i=0;i<node.params.length;i++)
        {
            params_list.push(double_type);
        }
        // 把引數注入，生成函式型別
        let the_function_type = llvm.FunctionType.get(
            double_type,params_list,false
        );
        // 創造出一個函式
        the_function = llvm.Function.create(
            the_function_type,
            llvm.LinkageTypes.ExternalLinkage,
            func_name,the_module
        );
        // 將引數的名稱插入
        let the_args = the_function.getArguments();
        for(let i=0;i<the_args.length;i++)
        {
            the_args[i].name=node.params[i].name;
        }
        // 建立函式主執行節點
        let basic_block = llvm.BasicBlock.create(the_context,"entry",the_function);
        // 設定程式碼插入位置，這個basic_block就是entry節點
        builder.setInsertionPoint(basic_block);
        // 這裡是為了註冊變數，使得在函式作用域內變數可用
        variable_map = {};
        for(let i=0;i<the_args.length;i++)
        {
            variable_map[the_args[i].name]=the_args[i];
        }
        // 判斷函式是否是塊表示式，不是則踢出
        if (node.body.type!='BlockStatement')
        {
            throw new Error('function body only support BlockStatement');
        }
        // 呼叫解析塊表示式的方法
        this.blockHandler(node.body);
        // 校驗函式是否正確，不正確這個函式會直接報錯
        llvm.verifyFunction(the_function);
        return the_function;
    }
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塊表示式解析的實現

其實這非同步就是遍歷節點進行解析，是不是很簡單

//jsvm.js
    blockHandler(node)
    {
        let expr_list = [];
        for(let i=0;i<node.body.length;i++)
        {
            expr_list.push(this.handler(node.body[i]));
        }
        return expr_list;
    }
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以IF的解析實現來講程式碼塊的跳躍

//jsvm.js
    ifHandler(node) {
        //判斷條件的型別是否是二進位制表示式
        if (node.test.type!='BinaryExpression') {
            throw new Error('if conds only support binary expression');
        }
        // 解析二進位制表示式作為條件
        let cond = this.binaryHandler(node.test);
        // 生成數字0
        let zero = llvm.ConstantFP.get(the_context,0);
        // 如果cond不是bool型別的指，將它轉換為bool型別的值
        let cond_v = builder.createFCmpONE(cond,zero,"ifcond");
        // 建立then和else和ifcont程式碼塊，實際就是程式碼塊標籤
        let then_bb = llvm.BasicBlock.create(the_context,"then",the_function);
        let else_bb = llvm.BasicBlock.create(the_context,"else",the_function);
        let phi_bb = llvm.BasicBlock.create(the_context, "ifcont",the_function);
        // 創造條件判斷
        // 如果cond_v是真就跳躍到then_bb程式碼塊，否則跳躍到else_bb程式碼塊
        builder.createCondBr(cond_v,then_bb,else_bb);
        // 設定往then_bb程式碼塊寫入內容
        builder.setInsertionPoint(then_bb);
        if (!node.consequent) {throw new Error('then not extist');}
        if (node.consequent.type!='BlockStatement')
        {
            throw new Error('then body only support BlockStatement');
        }
        // 解析程式碼塊
        let then_value_list = this.blockHandler(node.consequent);
        // 如果程式碼塊沒內容就就跳躍到phi_bb程式碼塊
        if (then_value_list.length==0)
        {
            builder.createBr(phi_bb);
        }
        // 設定往else_bb程式碼塊寫入內容，和then_else差不多
        // 不同點：else允許沒有
        builder.setInsertionPoint(else_bb);
        let else_value_list =  [];
        if (node.alternate) {
            if (node.alternate.type!='BlockStatement')
            {
                throw new Error('else body only support BlockStatement');
            }
            else_value_list = this.blockHandler(node.alternate);
        }
        if (else_value_list.length==0)
        {
            builder.createBr(phi_bb);
        }
        // 因為無論是then或else如果不中斷一定會往phi_bb程式碼塊
        // 所以後續的程式碼直接在phi_bb裡面寫就好
        builder.setInsertionPoint(phi_bb);
    }
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支援C擴充套件的實現

首先先定義存在值

//jsvm.js
    // 定義一個C函式printDouble用於列印二進位制變數
    getPrintDouble()
    {
        // 獲取返回值型別
        let double_type = llvm.Type.getDoubleTy(the_context)
        // 設定引數列表
        let params_list = [double_type];
        // 獲取函式型別
        let the_function_type = llvm.FunctionType.get(
            double_type,params_list,false
        );
        // 建立函式定義
        the_function = llvm.Function.create(
            the_function_type,
            llvm.LinkageTypes.ExternalLinkage,
            'printDouble',the_module
        );
        // 設定引數名稱
        let the_args = the_function.getArguments();
        the_args[0].name = "double_name";
        return the_function;
    }
    // 初始化方法值講需要預置的方法放入
    init()
    {
        init_function_map.printDouble = this.getPrintDouble();
    }
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C程式碼的實現printDouble方法

// printDouble.cpp
#include <stdio.h>
// 問什麼要要加extern "C" ,因為c++編譯的時候會自動進行函式簽名
// 如果沒有extern "C" ,彙編裡的方法名就會是Z11printDoubled
// 其中籤名前部分由返回值和名稱空間名字中間是方法名，後面是引數縮寫
extern "C" {
    // 設定返回值和引數都是double型別
    double printDouble(double double_num) {
        // 列印double型別
        printf("double_num is: %f\r\n",double_num);
        // 返回double型別
        return double_num;
    }
}
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看看實現效果

要被編譯的程式碼

// fibo.js 這是斐波納切數
function fibo(num) {
    if (num<=2) {return 1;}
    return fibo(num-1)+fibo(num-2);
}
// 講main作為主函式執行
function main()
{
    return printDouble(fibo(9));
}
複製程式碼

開始編譯,並生成中間程式碼和bitcode程式碼，如下

# index.js是編譯器入口，fibo.js是要被編譯的函式
node index.js fibo.js
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將bitcode程式碼生成彙編程式碼

llc fibo.js.bc -o fibo.s
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將彙編程式碼和我們要注入的C程式碼一起編譯

當然除了C只要能被gcc編譯成彙編的也都支援作為擴充套件語言,本文舉例C程式碼容易讓人理解

gcc printDouble.cpp fibo.s -o fibo
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最後執行看看

./fibo
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總結

這次實現是用純JS就能實現，如果後續這個JSVM能編譯覆蓋所有的編譯器自身所有的程式碼功能，理論上來說可以用JSVM編譯JSVM實現自舉，當然這個是一個浩大的工程，方法是有了缺的只是時間而已。