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java开发C语言编译器:为C语言提供API调用

2017-01-10 10:41 295 查看
更详细的讲解和代码调试演示过程,请参看视频

用java开发C语言编译器

我们第一次使用C语言开发程序时,往往是在控制台上打印一句”Hello World”,实现打印语句功能的函数是printf, 这个函数是有C语言的链接库提供的,开发者可以直接调用,类似于这种无需自己实现,直接可以调用的函数,我们都称为库函数,或是API, 本节,我们要为当前构建的虚拟机提供C语言库函数,我们要给解释器提供一种函数调用机制,这些函数无需程序自己实现,而是由我们的解释器提供的,C语言程序直接调用即可,这节,我们要实现的一个库函数就是printf. 完成本节代码后,我们的解释器能解释执行下面程序:

void main() {
printf("a is %d:",1);
}


printf函数是我们解释器提供给代码的,有了库函数,程序的开发便能高效很多。

库函数机制的实现由新构造的类ClibCall,我们先看看它的实现代码:

package backend;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class ClibCall {
private Set<String> apiSet;

private ClibCall() {
apiSet = new HashSet<String>();
apiSet.add("printf");
}
private static ClibCall instance = null;

public static ClibCall getInstance() {

if (instance == null) {
instance = new ClibCall();
}

return instance;
}

public boolean isAPICall(String funcName) {
return apiSet.contains(funcName);
}

public Object invokeAPI(String funcName) {
switch (funcName) {

case "printf":
return handlePrintfCall();

default:
return null;
}
}

private Object handlePrintfCall() {
ArrayList<Object> argsList = FunctionArgumentList.getFunctionArgumentList().getFuncArgList(false);
String argStr = (String)argsList.get(0);
String formatStr = "";

int i = 0;
int argCount = 1;
while (i < argStr.length()) {
if (argStr.charAt(i) == '%' && i+1 < argStr.length() &&
argStr.charAt(i+1) == 'd') {
i += 2;
formatStr += argsList.get(argCount);
argCount++;
} else {
formatStr += argStr.charAt(i);
i++;
}
}

System.out.println(formatStr);

return null;
}
}


ClibCall 包含了一个集合类叫apiSet, 其用于存储库函数的函数名,当代码中有函数调用时,解释器拿到被调函数的名字,提交给ClibCall, 该类会在apiSet中查找是否含有与给定名字相同的字符串,如果有,那意味着该函数属于库函数。

由于目前我们只实现了一个库函数printf, 因此初始化时,我们把字符串”printf”加入到该集合中。 isAPICall 传入的是函数名,如果函数名包含在apiSet里面,那么返回true, 表明他是库函数调用。

invokeAPICall 用来执行给定的库函数,传入参数是库函数的名称。在里面,解释器根据不同的库函数名称,去实现不同的库函数。handlePrintfCall用于实现printf调用,首先,它获得输入参数,第一个输入参数是要显示到控制台上的字符串,在字符串中,可能会含有格式化字符,当前我们实现的printf可接受的格式化字符是%d. 在printf的模拟实现中,我们遍历每一个字符,当遇到%d时,我们从参数列表中获得对应的数值,然后把数值替换%d格式符,最后通过println把格式化后的字符串打印到控制台上。

有了库函数调用后,每当解释器解析到函数调用是,需要确定当前调用的函数是代码自己实现的,还是库函数提供的,这个机制的实现在UnaryExecutor中,代码如下:

public class UnaryNodeExecutor extends BaseExecutor{

@Override
public Object Execute(ICodeNode root) {
executeChildren(root);

int production = (Integer)root.getAttribute(ICodeKey.PRODUCTION);
String text ;
Symbol symbol;
Object value;
ICodeNode child;

switch (production) {
....
case CGrammarInitializer.Unary_LP_ARGS_RP_TO_Unary:
//先获得函数名
String funcName = (String)root.getChildren().get(0).getAttribute(ICodeKey.TEXT);
if (production == CGrammarInitializer.Unary_LP_ARGS_RP_TO_Unary) {
ICodeNode argsNode = root.getChildren().get(1);
ArrayList<Object> argList = (ArrayList<Object>)argsNode.getAttribute(ICodeKey.VALUE);
FunctionArgumentList.getFunctionArgumentList().setFuncArgList(argList);
}

//找到函数执行树头节点
ICodeNode func = CodeTreeBuilder.getCodeTreeBuilder().getFunctionNodeByName(funcName);
if (func != null) {
Executor executor = ExecutorFactory.getExecutorFactory().getExecutor(func);
executor.Execute(func);
Object returnVal = func.getAttribute(ICodeKey.VALUE);
if (returnVal != null) {
System.out.println("function call with name " + funcName + " has return value that is " + returnVal.toString());
root.setAttribute(ICodeKey.VALUE, returnVal);
}
} else {
ClibCall libCall = ClibCall.getInstance();
if (libCall.isAPICall(funcName)) {
Object obj = libCall.invokeAPI(funcName);
root.setAttribute(ICodeKey.VALUE, obj);
}
}
....
}


当解释器解析函数调用时,它现在函数调用表中,查找给定函数的语法执行树头结点,如果找不到的话,那么解释器知道,这个函数是库函数,于是调用ClibCall来处理,它先通过isAPICall来判断,给定函数是否是库函数,如果是的话,则调用invokeAPI来执行库函数提供的功能。

有了ClibCall, 以后我们想要添加新的库函数时,只要修改ClibCall的实现即可,基于现在的架构基础上,我们今后可以快速的实现更多库函数,从而让我们的解释器越来越强大!

更加具体的代码解释和调试过程请参看视频。

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