编译原理入门课：实现一个表达式解析计算器（前言）

首先要聊聊我为什么想要写一篇编译原理的入门课。熟悉我的人可能会知道，我喜欢把复杂难懂的东西拆解成简单易理解的东西，无论是在代码的设计上，还是在知识的分享上。另外我也是个实用主义者，写出来的代码光好看没有什么卵用，必须要有实际的用途，它才是有价值的代码。所以写这样一个系列的博客，主要有两个目的：

1. 拆解编译原理里一部分入门级别的基础知识，用最少的篇幅讲解编译器前端的大致工作原理
2. 实现一个可以解析并计算简单数学表达式的库，让需要的人可以使用它完成一些计算功能

所谓编译器前端，主要是指词法分析、语法分析这一类解析的过程，负责把我们写的代码翻译成计算机可以理解的格式。编译器后端，主要负责把前端解析得到的中间代码进行优化，生成CPU可以运行的二进制代码。编译器后端的知识，需要对汇编、计算机组成原理之类的知识有一定了解，才能更好的理解。所以我在这里不太打算深入讲解编译器后端的知识，想要全面了解编译原理的同学可以参考别的教程进行学习。

推荐书籍

曾经尝试学习过编译原理的同学，可能会深有感触，抱着书啃起来很枯燥，很容易从入门到放弃。编译原理的三大著名书籍人称龙书、虎书、鲸书，具体书名大家自己搜一下就很容易找到。我们比较熟悉的一本应该就是下图这个龙书——《编译原理》，普及最广应该是因为翻译得比较好吧。书里说的大部分是理论知识，很可能看完三四章后，了解了很多编译器中的概念和方法，但是想要自制个编译器就会觉得无从下手。不过这不会影响它的地位，想深入学习编译原理肯定还是离不开它的，建议对编译器感兴趣的同学先从博客入门，入门后如果觉得想要更深入，再买一本《编译原理》回去啃也不迟。

推荐博客及开源库

首推一个lotabout大佬的《 手把手教你构建 C 语言编译器 》系列博客。博客从构建虚拟机开始，然后逐步的介绍词法分析再到语法分析，围绕着已经构建好的虚拟机一步步构造编译器。从构造编译器的过程上来说，大概是下图这样：

lotabout大佬的教程总结起来有以下特点：

1. 编译器完整：包含编译器前端和编译器后端，对了解编译器完整工作流程有很大帮助

2. 功能丰富：支持变量，条件和循环语句等复杂功能

3. 较为深入：对虚拟机设计的讲解，以及对应虚拟机的代码生成逻辑都讲得较为深入。这个有好有坏，好处当然是大家能学到的东西更多，坏处就是对于不了解CPU和汇编的同学来说太难理解

4. 中期无法运行：教程中期几篇的结尾都会有“本章的代码还无法正常运行”。这是必然的，编译器必须完成完整的流程才能运行，在虚拟机的基础上没有完成生成代码的逻辑，肯定会无法运行。这就可能让中间的学习过程有一定的断层

推荐的开源库首先也是推荐lotabout大佬博客对应的GitHub开源库： write-a-C-interpreter 。光对着代码干啃很累，有对应的博客当然还是学起来更快的。

然后推荐的是 Fabrice Bellard 大神的 otcc ，这应该是最迷你的 C语言 编译器了，迷你但五脏俱全，甚至于可以做到自举（自举就是自己可以编译自己）。它是当年Fabrice Bellard参加国际混淆（混乱）C语言代码大赛的获奖作品，可以编译 C语言的子集 。当然我们阅读代码的时候请阅读 非混淆版本 的，不然你的大脑可能得跟计算机一样才能看懂写得是什么……

想再深入学习代码就试着看 TinyCC 吧，是Fabrice Bellard基于otcc扩展写出来的 完整的C语言 编译器，号称最快最小。这个级别的代码，反正我已经看不懂了……

本入门课

我这里要写的入门课，一开始就说了不包含编译器后端，所以这里不能叫它编译器，只能叫做解释器或者说计算器。和大部分的编译原理课不同，我会先写出来可以运行的最小单元，然后一边展开知识范围一边迭代，让解释器可以支持更多的功能。大概的过程会是这样：

是不是更像是一个软件的常规迭代过程些？入门课会有以下特征：

1. 只含编译器前端，功能只有简单计算，简化了要学习的内容
2. 始终可以运行，持续迭代新功能

目录会如下：

（一）用最简单的语法分析器解析加减法

（二）递归解析中怎么处理运算符优先级

（三）简单错误处理逻辑以及负数的解析

（四）用词法解析处理多位数字和空白符

（五）解析ID型词法和函数调用语法

（六）用函数表来优化函数解析的逻辑

后面还可能会补充其他内容，要看看大家对什么内容/功能感兴趣，还要等我的懒癌被治好。

入门课对应的代码都会开源放在GitHub： SlimeExpressionC

想要更多的功能/教学可以在我的博客里留言，或者到对应的开源库下面去提issue，也热烈欢迎你们提MR或者fork出去自己玩。今天就先水到这里。