使用C＃实现编译器的最有趣和最有前途的方法是什么？

Question

我正在进行为期6个月的毕业项目的开端。该项目的目标是实现一种脚本语言的.Net编译器。我在课程中学习了编译器构造，并且知道通常如何实现编译器的基本步骤，但我们使用Bison和GCC作为后端的简单编译器，因此我对在.Net平台上实现编译器不太了解。

在这个主题上进行了一些研究后，我找到了以下代码生成的替代方案（我不是在谈论编译器的其他重要部分，比如解析器——这超出了范围）：

1. 使用Reflection.Emit进行直接代码生成。
2. 使用Common Compiler Interface对Reflection.Emit进行抽象，以实现部分代码生成的自动化。
3. 使用CodeDOM在运行时编译C#和VB。
4. 出现了一种新兴的C#“编译器作为服务”的形式，名为Roslyn，现在可以作为CTP使用。
5. DLR支持动态代码生成，并具有通过表达式树等方式进行运行时代码生成的一些接口。
6. Mono附带了Mono.Cecil库，似乎也具有一些代码生成功能。

我的项目的主要目标是深入了解.Net的内部结构，学习编译器构造并获得良好的成绩。次要目标是设计一个编译器实现，可以在后来以宽松的开源许可证向社区开放。

那么，在这里最有趣、教育性强、娱乐性高和前景光明的方法是什么？如果我有更多时间，我肯定会尝试所有方法，但我需要在6个月内提交我的工作，以获得积极的成绩...

提前感谢您， 亚历山大。

- Alexander Galkin

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请注意，Roslyn只是围绕着你的1，2和3的一个厚包装器。 - SLaks

@SLaks，我认为Roslyn实际上并没有使用CodeDOM（＃3）。 - svick

我不太确定那个。我怀疑你是对的。 - SLaks

你喜欢哪种类型的编程语言？动态的还是静态的？ - Dykam

@HansPassant：我不是在问解析器，而是关于更好的执行代码生成的方法。当然编写解析器也非常具有挑战性，但这超出了本问题的范围。 - Alexander Galkin

Answer 1

如果您想选择更简单的方式，并且您的语言可以合理地转换为C#，我建议您生成C#代码（或类似代码），并进行编译。Roslyn可能是最好的选择。显然，CCI也可以使用CCI Code进行编译，但我从未使用过。我不建议使用CodeDOM，因为它不支持静态类或扩展方法等功能。

如果您想要更多的控制权或者想要降低级别，您可以直接使用Reflection.Emit来生成CIL。但这将需要（更）多的工作量，特别是如果您不熟悉CIL。我认为Cecil可以以同样的方式使用，但它是用于其他目的的，并且我不认为它比Reflection.Emit提供任何优势。

DLR是针对动态语言而设计的，正如其完整名称所示。它使用的Expression可用于代码生成，但我认为它们最适合在运行时生成相对简单的方法。当然，如果您的语言是动态的，DLR本身非常有用。

- svick

Answer 2

Boo 是一种针对CLI的语言/编译器。它似乎是开源的，因此您可以研究他们如何实现它。

- Sam Axe

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非常有趣的建议！我读过《用Boo编写DSL》这本书，甚至在我的一个工作项目中使用了Boo（作为脚本引擎）-- 但是我从来没有从编译器构建的角度来看待它。谢谢你！ - Alexander Galkin

Answer 3

在我写编译器时，我会写汇编语言（即汇编语言源代码），然后通过系统的汇编器运行。这样我可以轻松地查看我正在生成的内容。相对于解码十六进制操作码而言，读取 mov ax, bx （x86 汇编）要容易得多。

如果在最终产品中不允许使用汇编器，那么我将使用汇编输出来开发编译器，一旦我把所有东西都弄好了，我就会产生一个二进制输出路径。美妙的是，我只需更改实际字节输出（操作码和二进制值而不是文本）。

我建议你在项目中采用类似的方法。最初开发输出 MSIL 的工具，然后使用 ILASM 进行汇编。这样，您可以通过阅读生成的代码轻松验证代码生成器的输出。一旦您确信您的代码生成器有效工作，再添加一个输出选项，该选项将使用Reflection.Emit 或公共编译器基础结构。

- Jim Mischel

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有趣的建议，谢谢！MSIL输出对于调试和编译器优化非常好。无论如何，我首先考虑编写一个转换器到C#，然后实现自己的编译器，因为编译器优化并不容易和透明。 - Alexander Galkin