SysY Compiler - RISC-V 64 Backend

这是一个完整的 SysY 语言编译器实现，可以将 SysY 源代码编译为 RISC-V 64 汇编代码。编译器采用多阶段设计，包含词法分析、语法分析、AST 构建、AST 优化、LLVM IR 生成和最终的 RISC-V 汇编代码生成。

当前项目结构（updated：2025/12/26）

├── ast/                    # 抽象语法树相关实现
│   ├── ast.h              # AST 节点定义
│   ├── ast_builder.h      # AST 构建器
│   ├── ast_optimizer.h    # AST 优化器
│   ├── constant_folding.h # 常量折叠优化
│   └── loop_optimization.h # 循环优化
├── codegen/               # 代码生成相关实现
│   ├── ir_generator.cpp/h # LLVM IR 生成器
│   └── riscv_backend.cpp/h # RISC-V 后端
├── frontend/              # 前端词法语法分析
│   ├── SysYLexer.cpp/h   # 词法分析器
│   ├── SysYParser.cpp/h  # 语法分析器
│   └── SysYVisitor.h     # 访问者接口
├── SysYruntime/           # 运行时库
│   ├── sylib.c/h         # 运行时库源码
│   └── libsysy_riscv.a   # RISC-V 静态库
├── test/                 # 测试用例
│   ├── examples/        # 性能测试用例
│   ├── examples_final/  # 决赛性能测试用例
│   ├── test_ast_generator.cpp # AST 生成测试
│   └── test_ir.cpp      # IR 生成测试
├── previous_log/         # 测试日志
├── main.cpp             # 主程序入口
├── Makefile             # 构建配置
└── SysY.g4              # ANTLR4 语法定义文件

目前实现的功能特性

完整的 SysY 语言支持
- 变量和常量声明与定义
- 整数和浮点数类型支持
- 数组支持（一维和多维）
- 完整的表达式支持：
  - 算术运算（+、-、*、/、%）
  - 关系运算（<、>、<=、>=）
  - 相等性运算（==、!=）
  - 逻辑运算（&&、||、!）
  - 一元运算（+、-、!）
  - 优先级和结合性处理
- 完整的语句支持：
  - 赋值语句
  - 表达式语句
  - 条件语句（if-else）
  - 循环语句（while）
  - 跳转语句（break、continue）
  - 返回语句（return）
- 函数定义和调用
  - 支持不同的返回类型（int、float、void）
  - 支持参数传递
  - 支持数组参数
- 初始化值支持
  - 表达式初始化
  - 列表初始化（数组）
AST 优化
- 常量折叠优化
- 循环优化（预留接口）
- 多轮优化支持
- 优化级别控制（O0-O3）
运行时库支持
- 完整的 SysY 运行时库
- RISC-V 64 静态库
- 支持 I/O 函数（getint, getch, getarray, putint, putch, putarray 等）
- 支持时间函数（starttime, stoptime）
基于 ANTLR4 的词法和语法分析
- 完整的 SysY 语法规则定义在 SysY.g4 中
- 自动生成的词法分析器和语法分析器
完整的 AST 结构设计
- 分层设计的 AST 节点
- 支持所有 SysY 语言构造
- 方便遍历和生成代码
LLVM IR 中间代码生成
- 完整的表达式生成
- 语句生成（if、while、return、break、continue 等）
- 函数生成
- 声明生成
- 数组支持
- 初始化值生成
RISC-V 64 目标汇编代码生成
- 基于 LLVM 的 RISC-V 后端
- 生成高效的 RISC-V 64 汇编代码
- 支持多级优化（O0-O3）
调试输出支持
- --dump-ast：输出抽象语法树到文件
- --dump-ir：输出 LLVM IR 到文件
- -v, --verbose：详细输出编译过程

编译要求

C++17 或更高版本
LLVM 17 或更高版本
ANTLR4 C++ 运行时库
Make 构建系统

构建方法

# 编译编译器
make

# 清理构建产物
make clean

# 深度清理（包括 ANTLR 生成的文件）
make distclean

# 查看编译器版本
make version

使用方法

基本用法

# 编译源文件
./compiler test.sy

# 指定输出文件
./compiler test.sy -o output.s

# 调试模式
./compiler test.sy --dump-ast --dump-ir -v

命令行选项

-o <file>: 指定输出汇编文件（默认：output.s）
-O <level>: 优化级别（0-3，默认：O0）
- O0: 无优化
- O1: 基础优化
- O2: 中级优化
- O3: 高级优化
--dump-ast：输出抽象语法树到 <input>.ast 文件
--dump-ir：输出 LLVM IR 到 <input>.ll 文件
-v, --verbose：启用详细输出
-h, --help：显示帮助信息

编译流程

词法分析和语法分析
- 使用 ANTLR4 进行词法分析
- 构建语法分析树
AST 构建
- 将语法树转换为抽象语法树
- 支持类型检查和初步的语义分析
AST 优化
- 常量折叠优化
- 循环优化（预留）
- 多轮迭代优化
LLVM IR 生成
- 进行语义分析和添加语义约束
- 将 AST 转换为 LLVM IR
RISC-V 代码生成
- 将 LLVM IR 转换为 RISC-V 64 汇编
- 应用指定的优化级别

测试用例

项目包含了测试用例，位于 test/ 目录下：

examples/：性能测试用例
examples_final/：决赛性能测试用例
test_ast_generator.cpp：AST 生成测试
test_ir.cpp：IR 生成测试

批量编译测试

# 编译所有测试用例（默认 O0）
make compile-tests

# 使用指定优化级别编译测试用例
make compile-tests OPT_LEVEL=1
make compile-tests OPT_LEVEL=2
make compile-tests OPT_LEVEL=3

# 查看编译日志
cat errorlog.txt

编译结果会保存在 test_res/ 目录中，错误日志保存在 errorlog.txt。

示例代码

// 简单的 main 函数
int main(){
    return 42;
}

// 带变量和表达式的程序
int main() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    int c = a + b * 2;
    return c;
}

// 带数组的程序
int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int sum = 0;
    int i = 0;
    while (i < 5) {
        sum = sum + arr[i];
        i = i + 1;
    }
    return sum;
}

// 使用运行时库函数
int main() {
    int n = getint();
    putint(n);
    return 0;
}

// 带循环优化的程序
int main() {
    int sum = 0;
    int i = 0;
    while (i < 100) {
        sum = sum + i;
        i = i + 1;
    }
    return sum;
}

注意事项

确保已正确安装所有依赖
输入文件必须以 .sy 为扩展名
输出文件默认为 .s 扩展名
调试模式会生成额外的中间文件
支持的 SysY 语言特性已完整实现
优化级别说明：
- O0：无优化，编译速度快，适合调试
- O1-O3：逐步提高优化级别，生成更高效的代码
运行时库使用：
- 编译生成的汇编代码需要链接运行时库
- 运行时库位于 SysYruntime/ 目录
- 使用 RISC-V 汇编器和链接器进行最终链接