为C语言子集实现基于栈的虚拟机

Question

大家好，我目前正在实现一种简单的编程语言以进行学习体验，但我需要一些建议。目前我正在设计我的解释器并遇到了问题。

我的语言是C语言的子集，我在堆栈解释器实现方面遇到了问题。在这种语言中，以下内容将会被编译：

somefunc ()
{
    1 + 2;
}

main ()
{
    somefunc ();
}

现在这个问题还好，但是当计算"1+2"时，结果被推到了一个栈上，然后函数返回，但是栈上仍然有一个数字，这不应该存在。我该如何解决这个问题？

我考虑过在函数调用之前保存栈的"状态"，并在函数调用之后恢复该"状态"。例如，保存栈上元素的数量，然后执行函数代码，返回，然后从栈中弹出直到我们有与之前相同的元素数量（或者如果函数返回了某些东西，可能会多一个）。

有什么想法吗？感谢任何提示！

- Filip Jeremic

Answer 1

好问题！我的爱好之一是为玩具语言编写编译器，因此感谢你对编程的卓越品味。

表达式语句是指语句中的代码仅为一个表达式。这意味着任何形如<expression> ;的内容都是表达式语句，包括赋值和函数调用，但不包括if、while或return。任何表达式语句在结束时都会在堆栈上留下一个剩余值，应该将其丢弃。

1 + 2是一个表达式语句，但以下内容也是：

• x = 5;
  赋值表达式会将值5留在堆栈上，因为赋值的结果是左操作数的值。语句完成后，您需要弹出未使用的值5。

• printf("hello world!\n");
  printf()返回输出的字符数。语句结束时，您将在堆栈上留下此值，因此应该弹出它。

实际上，除非表达式的类型为void，否则每个表达式语句都会在堆栈上留下一个值。在这种情况下，您可以特殊处理void语句并且不需要在之后弹出任何内容，或者将一个假的“void”值推入堆栈中，以便始终可以弹出一个值。

- John Kugelman

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很有趣，你这么命名，因为在我的AST表示中，我有一个名为“ASTStmtExpr”的节点专门用于此！我想我开始有点明白了...以下是我不确定的内容：由于这些评论回复的限制，我必须粘贴一小段代码： void Compiler::visit (const ASTStmtExpr& expr_stmt, std::shared_ptr<Function> func) { expr_stmt.expr ()->accept (*this, func); }你的意思是说，在此之后我应该添加OP_POP，对于像赋值这样的事情，我会推送一个虚拟的“Nil”对象，以便它随后被弹出？ - Filip Jeremic

对于赋值语句，你不需要推送虚拟值，因为赋值的结果已经在栈中了。赋值只是一个使用 = 运算符的表达式，它与 + 或 - 没有区别，除了 = 会将值赋给一个变量之外没有其他不同。否则，它的行为就像所有其他运算符一样。 - John Kugelman

一个 void 表达式就像调用一个返回 void 的函数。例如：abort();。但是，这可能只是一个学术上的考虑。你的示例代码没有列出函数返回类型，所以这对你来说可能根本不是问题。 - John Kugelman

是的，这对我来说不是问题，因为我的语言没有类型，即使基本类型在我的语言中也是“对象”，所以我认为这不会成为问题。谢谢回复！ - Filip Jeremic

Answer 2

您需要一个更智能的解析器。当您看到一个表达式的值没有被使用时，您需要发出一个POP指令。

- Hans Passant

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你好，感谢回答。我还处于编写编译器的初级阶段，我考虑过像这样进行优化，但是找不到可行的解决方案:(也许我会再试一次，再次感谢!! - Filip Jeremic

Answer 3

这是一个学习优化的重要机会。你有一个函数执行数字但整数运算，而整数运算结果根本没有被使用。

让编译器优化该函数可以减少生成和执行无用字节码的数量！

- Nergal