基于LLVM的编译器的设计与实现

学士学位论文题目：基于LLVM的编译器的设计与实现设计人：梁关林指导教师：刘爱琴所属系部：计算机科学与技术学院专业班级：计算机082001班2012年6月4日太原科技大学毕业设计（论文）任务书学院:计算机科学与技术学院学生姓名梁关林学号200820010114专业班级计算机082001同组人无任务下发时间2012年3月任务完成时间2012年6月设计（论文）题目基于LLVM的编译器的设计与实现设计目的要求高质量应用软件的开发，需要高效的编程语言和编译器的支持。为了加深学生对编程语言和编译器的理解，要求学生设计一个类似C的小源语言，然后利用LLVM实现该语言的编译器。设计主要内容在深刻理解编译原理，掌握文法设计和编译器构造方法，并且熟悉LLVM的基础上，完成编程语言和编译器的设计。主要内容包括：(1)设计源语言，要求包括变量声明，基本赋值语句，数组访问，条件分支语句，循环语句，函数定义，和函数调用等。(2)学习LLVM，完成词法分析，语法分析，和语法制导翻译（翻译成LLVMIR）工作，最后利用LLVM实现代码优化和代码生成功能。设计提交资料毕业论文外文资料翻译编译器软件学生签名指导教师签名系主任签名主管院长签名太原科技大学学士学位论文I中文摘要开发高性能的应用软件，除了一个良好的软件架构外，还需要高效的编程语言和高质量的编译器的支持。现有语言的改动和新语言的创造，都会带来编译器的开发需求。本文设计了一门新的编程语言leechee，定义了此种语言的文法结构、词法规则，并在linux环境下实现了leechee编程语言的编译器。具体实现方式为首先利用Flex完成词法分析，而后使用Bison完成文法设计、语法分析和语法制导翻译，把源代码翻译成LLVMIR，最后利用LLVM实现代码优化和代码生成功能。关键字：编程语言；编译器；语法制导翻译；LLVMIR；代码优化太原科技大学学士学位论文IITheDesignandImplementationofLLVMbasedCompilerAuthor:LiangGuanlinTutor:LiuAiqinABSTRACTInadditiontoagoodsoftware-architecture,thedevelopmentofhigh-performanceapplicationsalsoneedsthesupportofanefficientprogramminglanguageandahigh-qualitycompiler.Changestoexistinglanguagesandcreationofnewlanguages,willbringthedevelopmentneedsofthecompilers.Thispaperdesignsanewprogramminglanguageleechee,definesitsgrammaticalstructures,lexicalrules,andimplementsitscompilerunderLinuxenvironment.Thespecificapproachis,first,finishesthescannerwithFlex,andthencompletesthegrammardesign,parser,syntaxdirectedtranslationwithBison,implementsthetranslationtoLLVMIR,andfinallyusetheLLVMtodothecodeoptimizationandcodegeneration.Keywords:programminglanguage;compiler;syntaxdirectedtranslation;LLVMIR;codeoptimization太原科技大学学士学位论文III目录第一章绪论........................................................................................................................................11.1什么是编译器......................................................................................................................11.2总会有编译器的开发需求...................................................................................................11.3为什么做这个项目..............................................................................................................2第二章设计什么样的编译器和语言.................................................................................................42.1做一个什么样的编译器......................................................................................................42.1.1利用LLVM实现一门新语言..................................................................................42.1.2利用flex和bison完成词法分析和语法分析........................................................52.2设计一个什么样的语言......................................................................................................62.2.1计算机可以做什么..................................................................................................62.2.2本设计的语言——leechee......................................................................................7第三章相关技术的介绍.....................................................................................................................83.1Flex........................................................................................................................................83.1.1Flex输入文件的格式...............................................................................................83.2Bison......................................................................................................................................93.2.1Bison的语法文件.....................................................................................................93.2.2文法规则的语法....................................................................................................103.2.3文法设计需要注意的问题....................................................................................113.3LLVM..................................................................................................................................123.3.1LLVMIR.................................................................................................................123.3.2LLVM对三段式设计的实现.................................................................................133.3.3利用LLVM完成代码优化...................................................................................15第四章语言和编译器的设计...........................................................................................................174.1语言设计............................................................................................................................174.1.1leechee的数据组成................................................................................................174.1.2leechee的文法规则................................................................................................18太原科技大学学士学位论文IV4.1.3leechee的词法规则................................................................................................244.1.4leechee的输入输出................................................................................................274.2抽象语法树.........................................................................